礦山物聯網體系及其應用
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4 礦山物聯網體系的構成
礦山物聯網是將礦山地理、地質、礦山建設、礦山生產、安全管理、產品加工與運銷、礦山生態等綜合信息全面數字化，將感知技術、傳輸技術、信息處理、智能計算、現代控制技術、現代信息管理等與現代采礦及礦物加工技術緊密相結合，同時納入礦山全部人員、設備和環境信息，構成礦山中人與人、人與物、物與物相聯的網絡，以便動態詳盡地描述并控制礦山安全生產與運營的全過程，實現礦山系統的全面智能控制，是礦山企業減員提效、防災減災害的最佳解決方案。下面介紹一下礦山物聯網體系的構成。
4．1 礦山物聯網綜合管理平臺
礦山物聯網標準化綜合平臺是以大量無線、無源、多參數傳感器及有線傳感器，物聯網控制分站等設備以及有線、無線網絡相結合形成的礦山標準化感知、控制及管理綜合平臺。
該平臺的表現形式主要采用三維可視化技術。三維可視化系統利用礦井實際數據，采用虛擬現實技術和各種實體建模技術來構建三維可視化應用，同時采用3D虛擬技術，以地測、工程數據為基礎，自動生成三維地面工業廣場、井巷工程立體圖、三維鉆孔、地層立體圖。在礦井綜合工況圖中顯示生產信息(動態采、掘工作面位置)、實時動態的監測信息，包括瓦斯、CO等有害氣體的三維分布，人員的三維分布，安全與生產設備(集成綜合自動化系統)的三維分布及其運行狀態，井上、井下視頻監控圖像等，以便將礦井地面與地下的真實全貌(包含生產、設備運行狀態)完整地展現出來。
4．2 全面覆蓋的礦山企業各功能子系統
在礦山物聯網子系統方面，主要包括生產、保障、安全及其他四個大類系統，而且可以根據現實需要延伸出不同的分支系統。具體如下：
生產系統：包括提升系統、主運輸系統、輔助運輸系統、綜采工作面系統、洗選集控系統、皮帶機運輸系統、斜井提升系統、開拓工作面系統。
保障系統：包括供電系統、通風系統、壓風系統、排水系統、供水系統、設備檢測維修系統等。
保障系統：包括安全監測系統、束管系統、瓦斯抽放站自動控制、礦井來壓實時監測系統、通用調度指揮系統、無線應急通信系統、重大危險源監測管理控制系統、應急救援指揮系統。
其他配套系統：包括供暖系統、消防系統、季節性水災預防系統、污水處理系統、能源計量綜合管理系統和智能決策、診斷分析系統。
礦山物聯網子系統與現有子系統的區別是具備系統協同功能和完善的感知功能。例如：在災害預警防治子系統中，通過對瓦斯涌出規律的分析和瓦斯實時監測及預測預警，可實現生產的安全監測。而根據歷史及當前實時監測出的瓦斯、風速、風門開關、局部通風機開停等信息，以及歷史人工瓦斯檢測信息，瓦斯超限記錄，礦井回采、地質等信息，并通過數據挖掘和相應的數學模型，就可以得出相應煤層的瓦斯涌出規律。然后通過對與瓦斯有關的相關信息的采集處理，可以實現對安全監控信息的實時監測、規律分析和超前預警。預、報警方式主要是系統內即時信息、手機短信、通風GIS的圖上動態顯示等。
在束管系統中，通過對礦井自然發火規律分析以及外因火災監測報警，可以實現自然發火早期預測預報、自燃火災標志性氣體分析，以便及時判斷、識別礦井自然發火隱患，并對外因火災進行監測報警。依據歷史及當前的束管監測、人工防滅火檢測信息，結合相應的煤層自然傾向性、煤層燃點、巷道風速、氣體變化、采煤方法、推進速度、頂板情況等自然發火影響因素的建模分析，得出不同礦井、不同煤層、不同區域、同一煤層不同分層等的發火規律；同時根據外因火災(主要是皮帶發火、電器發火)的發展規律，結合對皮帶、電器所在巷道的煙霧、溫度等監測信息，實現外因火災監測報警，并得出礦井的外因火災發生后對其他區域的影響規律。
4．3 網絡傳輸設備
礦山物聯網的具體產品具有統一的模型架構、數據描述和通信協議等，這使得礦山物聯網產品具有普遍的適用性和兼容性。因此，對于網絡傳輸設備的要求也非常高，必須具有較強的兼容性和適用性。需要開發基于IPv6通信技術的自組網設備，基于無線傳感網關鍵通信控制設備，基于傳感節點自組網技術及相關設備，基于應急通訊設備光線通信設備及控制分站和設備圖像、語音、信息、數據等交互處理設備，基于通用服務器、伺服器、集群、傳感網智能路由器等組合開發的礦山專業信息處理設備。
4．4 傳感器體系
礦山物聯網需要將所有子系統進行標準化整合，以便實現普遍互聯和信息共享，因此，需要完成實時全面的感知和監控，同時需要構建完善的感知系統和完善的傳感器體系。其重點應從以下幾方面入手：
(1)環境感知類：結合現有煤礦生產實際，在完善瓦斯、煤塵、溫濕度、形變、紅外、輻射、SO2等有害氣體傳感器的基礎上，實現空間距離上的突破，同時還應包括其他環境感知類的智能處理、多參數集成的傳感器。
(2)設備控制類：包括生產設備控制、輔助設備控制、環境監控設備控制、通信控制、安全設施控制、危險源監控設備控制等與自動化設備及系統對接控制用的傳感器，主要是在接收感知傳感器信息數據并處理分析的基礎上，結合對設備運行狀態的感知，為自動控制提供智能化的決策參考。
(3)有線傳感器：主要是用于工作環境惡劣、無線信號容易受到干擾的綜采系統、煤塵瓦斯集中區以及不需要移動和遠距離監測的巷道固定安裝基于光纖、電力線的傳感器設備。
(4)無線傳感器：包括用于無線信號覆蓋及受干擾較小的環境感知、提升輸送等移動設備控制及監控所需的無線、無源傳感器。
4．5 標準和接口
礦山物聯網是適應礦山需要的新體系，要具有相關的技術標準，主要包括礦山物聯網平臺模塊化標準、子系統及其接口標準、網絡地址分配標準、IPv6技術礦山應用標準、傳感器分類及標準、實時通信互聯協議、控制標準、管理標準等。
5 結語
目前，國內外關于礦山物聯網的產品遍及安全、生產、管理各個環節，國內有上百家企業在從事生產系統、膠帶、運輸、提升、輸送、井下排水、瓦斯抽放、通風系統、防火滅火、人員監測、綜采工作面、給水、地面供電、井下供電、水處理、鍋爐房、供壓、井下降溫、選煤廠、多媒體、通信、視頻等系統的設計與產品開發。從產品細分和業務環節覆蓋程度看，幾乎涵蓋了礦山物聯網的全部內容。但從產品、系統的設計深度、適用性來看，大部分產品流于表面主體功能需求，細節方面較差。以視頻監控為例，國內尚無產品能夠將視頻監控采集的信息進行分類處理并提出針對性的建議方案或者預測結果，這顯然不能達到礦山企業對科學分析、智能決策的實際需求。存在這種細節適用性問題的原因在于，真正的礦山物聯網系統應該是融入礦山企業管理運營經驗的系統，是智能化程度高、真正能夠起到減員增效作用的系統。傳統的軟件、硬件及系統集成商大多沒有礦山企業管理經驗，對礦山生產運營中涉及的細節問題、管理經驗、技術等沒有深刻理解，也就難以設計出真正有價值、實用性強的系統和產品。
礦山物聯網體系的構建與礦山企業現有的信息化系統相比具有無可比擬的優勢，其在感知范圍、控制的自動化程度和管理的智能化程度方面顯著提升。目前，礦山企業現有信息化系統大多為獨立的子系統，諸如煤礦綜采系統、提升輸送系統、瓦斯監測系統、人員定位系統等，這些系統獨立成體系，管理控制信息不能與其他系統共享，這使得礦山企業要針對每個系統安排調度協調、巡檢維護、現場值班人員，以保證其良好運行。在各個子系統大的感知能力方面，目前主要限于小范圍內瓦斯、煤塵等有害物質及水、火、溫濕度等的信息采集，對于巖體形變、環境輻射、電磁及其他有害氣體等的監控及監測范圍并不到位，因而大大削弱了對礦山災害的預警能力，不能充分保障礦工及設備的安全。礦山物聯網是將所有子系統進行標準化整合，實現普遍互聯和信息共享，并可對礦山企業的一切人、設備、環境因素尋址定位，進行實時全面感知和監控，達到“感知礦山、控制礦山、管理礦山”境界的一種系統。它可以顯著降低人員需求、提高礦山生產效率、提升礦山企業人員的安全保障水平，對于重大危險源，礦山物聯網具有實時監控和模擬預警功能，在災害發生時，也可以實現及時處置。
礦山物聯網的具體產品具有統一的模型架構、數據描述和通信協議，而且，礦山物聯網產品應當具有普遍的適用性和兼容性。礦山物聯網體系應在依靠物聯網企業及科研院所的基礎上，與具有豐富礦山企業管理經驗的技術人員進行深入融合。本文引用地址：http://www.j9360.com/article/153709.htm
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