礦山物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案課件

2023/8/21礦山物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案及應(yīng)用案例中國礦業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)(感知礦山)研究中心張申教授Tel:051683899702133052135182023/8/5礦山物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案中國礦業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)(感2023/8/21內(nèi)容提要

礦山物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及趨勢礦山綜合自動化應(yīng)用實例礦山物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢及示范礦山CPS要研究的問題2023/8/5內(nèi)容提要礦山物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及趨勢礦山物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)在礦山行業(yè)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它利用感知技術(shù)與智能裝置對礦山物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)礦山人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對礦山物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。礦山CyberPhysicalSystem(MCPS)？礦山物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)在礦山行業(yè)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它2023/8/211、礦山物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及趨勢單機(系統(tǒng))自動化綜合自動化(數(shù)字礦山)礦山物聯(lián)網(wǎng)礦山CPS2000201020201990信息物理融合度分離開始嵌入中度嵌入深度嵌入2023/8/51、礦山物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及趨勢單機(系統(tǒng))自動化2011.111、礦山物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及趨勢礦山CPS深度嵌入、計算與物理融合語義規(guī)則監(jiān)測/控制，分布式、松耦合、時間軸、量化置信度、人的行為可靠性、容錯性、安全性、可伸縮性、自治性礦山物聯(lián)網(wǎng)無盲區(qū)的感知、智能信息處理、三個感知統(tǒng)一傳輸層網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一感知層網(wǎng)絡(luò)、開放的軟硬件平臺、云計算平臺實時控制，精確管理，科學決策綜合自動化基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的礦山生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控無線通信（語音）數(shù)字工業(yè)視頻Web應(yīng)用與瀏覽辦公自動化部分管理功能無線通信受限空間無線傳輸短距離無線WSN，WiFi,RFID,UWB智能天線，分集理論，協(xié)同通信MIMO，OFDMCognitiveRadio2011.111、礦山物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及趨勢深度嵌入、計算與物2023/8/212、礦山綜合自動化及實例2023/8/52、礦山綜合自動化及實例某煤礦巷道布置圖某煤礦巷道布置圖煤礦工作面煤礦工作面礦山物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案ppt課件有限空間無線通信軌道運輸巷皮帶運輸巷工作面巷道有限空間無線通信軌道運輸巷皮帶運輸巷工作面巷道礦山物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案ppt課件2023/8/21其他輔助系統(tǒng)通風排水供電供壓安監(jiān)壓力防火降塵煤礦生產(chǎn)涉及的系統(tǒng)多，戰(zhàn)線長，綜采設(shè)備、綜掘設(shè)備、膠帶運輸、提升機、輔助運輸、系統(tǒng)等；煤礦生產(chǎn)還要面對復(fù)雜的地質(zhì)條件、礦山壓力、瓦斯、一氧化碳、地下水及煤塵等；排水、通風、供電、供壓煤礦生產(chǎn)過程對信息化的要求2023/8/5其他輔助系統(tǒng)通風排水供電供壓安監(jiān)壓力防火降塵1井下主干網(wǎng)2調(diào)度室設(shè)備與大屏3主井提升系統(tǒng)4副井提升系統(tǒng)5井下主煤流運輸系統(tǒng)6井下輔助運輸系統(tǒng)7采煤工作面系統(tǒng)8礦井選煤廠集控系統(tǒng)9地面矸石皮帶運輸系統(tǒng)10井下各斜井提升系統(tǒng)11掘進工作面系統(tǒng)12地面變電所系統(tǒng)13井下中央變電所系統(tǒng)14其他峒室變電所15采區(qū)變電所16通風機房控制17壓風系統(tǒng)18井下水泵房自動控制19井下供水系統(tǒng)20安全監(jiān)測系統(tǒng)21束管系統(tǒng)22瓦斯抽放站自動控制23礦壓監(jiān)測系統(tǒng)24調(diào)度電話25礦井無線通信系統(tǒng)26井下人員定位系統(tǒng)27考勤系統(tǒng)與勞資系統(tǒng)28工業(yè)電視系統(tǒng)29制冷站自動控制系統(tǒng)30鍋爐房系統(tǒng)31日用消防水泵房系統(tǒng)32礦井雨水泵房系統(tǒng)33污水處理監(jiān)控系統(tǒng)34防滅火系統(tǒng)35能源計量與管理系統(tǒng)36IP電話37營銷系統(tǒng)38地理信息系統(tǒng)39地質(zhì)參數(shù)資料系統(tǒng)40設(shè)備動態(tài)管理系統(tǒng)41庫存管理系統(tǒng)42環(huán)境保護系統(tǒng)43充填控制及管理系統(tǒng)44人事管理45辦公自動化46災(zāi)害風險決策支持系統(tǒng)47接續(xù)管理系統(tǒng)48廣播電話系統(tǒng)49救生系統(tǒng)50生產(chǎn)接續(xù)管理系統(tǒng)1井下主干網(wǎng)2調(diào)度室設(shè)備與大屏3主井提升系統(tǒng)4副井提升系統(tǒng)52023/8/21電力監(jiān)測系統(tǒng)1號變電站井下系統(tǒng)地面系統(tǒng)2號變電站洗煤廠集控系統(tǒng)井上運輸集控系統(tǒng)膠帶機集控系統(tǒng)井下環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)排水監(jiān)測系統(tǒng)多套系統(tǒng)共存單機自動化存在的問題2023/8/5電力監(jiān)測系統(tǒng)1號變電站井下系統(tǒng)地面系統(tǒng)22023/8/212023/8/52023/8/212023/8/52023/8/21盡管數(shù)字礦山與礦山綜合自動化這兩個概念是不同專業(yè)領(lǐng)域的專家針對信息時代的礦山建設(shè)分別提出的,但是,顯然數(shù)字礦山與礦山綜合自動化在整體概念上和要實現(xiàn)的目標上是一致的。這兩個概念的融合也是最符合邏輯的。2000我們開始研究煤礦綜合自動化，提出模型，2002年開始實施，2007年根據(jù)實施經(jīng)驗發(fā)表了論文。2023/8/5盡管數(shù)字礦山與礦山綜合自動化這兩個概念是不同2023/8/21統(tǒng)一數(shù)據(jù)倉庫平臺生產(chǎn)安全管理決策層數(shù)據(jù)倉庫信息處理信息挖掘信息融合信息集成層監(jiān)測監(jiān)控層礦山綜合自動化平臺辦公自動化專家決策支持設(shè)備運行管理GIS及VR經(jīng)營管理生產(chǎn)計劃與接續(xù)生產(chǎn)保障管理考勤與勞資安全生產(chǎn)信息管理生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度指揮通信系統(tǒng)工作面膠帶運輸提升系統(tǒng)井下供電井下排水地面供電供壓系統(tǒng)通風系統(tǒng)水處理統(tǒng)安全監(jiān)測安全系統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)供電系統(tǒng)多媒體業(yè)務(wù)瓦斯抽放防滅火人員監(jiān)測選煤廠鍋爐房井下降溫給水系統(tǒng)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺地理信息系統(tǒng)視頻系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)數(shù)字礦山架構(gòu)

控制網(wǎng)調(diào)度網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外網(wǎng)2023/8/5管理決策層數(shù)據(jù)倉庫信息集成層監(jiān)測監(jiān)控層礦山綜2023/8/212023/8/52023/8/21綜合自動化系統(tǒng)實例2023/8/5綜合自動化系統(tǒng)實例2023/8/21神華大柳塔煤礦礦井監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖工業(yè)總線傳輸平臺示例神華大柳塔ControlNet2023/8/5神華大柳塔煤礦礦井監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖工業(yè)總線2023/8/21工業(yè)總線傳輸平臺示例濟寧三號煤礦ControlNet2023/8/5工業(yè)總線傳輸平臺示例2023/8/21100M以太網(wǎng)示例龍口集團北皂煤礦綜合自動化2023/8/5100M以太網(wǎng)示例這個網(wǎng)絡(luò)的建立為網(wǎng)絡(luò)化的語音信號傳輸和管理以及工業(yè)電視改造打下了良好的基礎(chǔ)。在此網(wǎng)絡(luò)上建立了一個基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)字處理技術(shù)和計算機控制管理的多路語音通信系統(tǒng)和多路實時網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，在調(diào)度指揮控制中心監(jiān)控煤礦井上、下安全生產(chǎn)全過程，并通過網(wǎng)絡(luò)將其傳輸?shù)矫旱V各科室和局調(diào)度中心。兗礦集團興隆莊煤礦鄭煤集團裴溝、超化煤礦等三網(wǎng)合一綜合自動化系統(tǒng)這個網(wǎng)絡(luò)的建立為網(wǎng)絡(luò)化的語音信號傳輸和管理以及工業(yè)電視改造打2023/8/21鄭煤集團裴溝煤礦綜合自動化標準2023/8/5鄭煤集團裴溝煤礦2023/8/212023/8/52023/8/212023/8/52023/8/21WiFi移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)口電源口2023/8/5WiFi移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)口電源口2023/8/21基于RFID的井下人員定位系統(tǒng)2023/8/5基于RFID的井下人員定位系統(tǒng)2023/8/214、感知礦山物聯(lián)網(wǎng)及示例2023/8/54、感知礦山物聯(lián)網(wǎng)及示例綜合自動化系統(tǒng)改變了各個系統(tǒng)獨立的格局，實現(xiàn)了子系統(tǒng)集成；有利于三網(wǎng)合一，為新上系統(tǒng)建立了良好的信息高速公路；為感知礦山物聯(lián)網(wǎng)打下了良好的基礎(chǔ)。但綜合自動化系統(tǒng)基本是各種子系統(tǒng)的簡單集成，實現(xiàn)的1+1=2。離實時控制、精確管理、科學決策還有較大的距離綜合自動化系統(tǒng)改變了各個系統(tǒng)獨立的格局，實現(xiàn)了子系統(tǒng)集成；但感知手段傳統(tǒng)單一：如瓦斯傳感器還是以傳統(tǒng)笨重的催化元件為主，基本沒有MEMS微機電化集成傳感器。缺乏泛在感知網(wǎng)絡(luò)：基本沒有統(tǒng)一的地下無線覆蓋感知層網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有傳感器和監(jiān)測手段不能適用于煤礦流動作業(yè)，危險源位置、分布、及其流動規(guī)律均不確定的場合。存在很大的感知盲區(qū)。缺乏應(yīng)用層面的信息融合：煤礦綜合自動化實現(xiàn)了先用應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化集成，但是個應(yīng)用系統(tǒng)之間的聯(lián)動與信息融合、決策融合還沒有開展。多學科交叉研究不夠：重大災(zāi)害產(chǎn)生的機理，煤礦設(shè)備故障診斷，地質(zhì)、測量、水文、監(jiān)測監(jiān)控、智能信息處理技術(shù)等多學科研究融合不夠。缺少共用的開放平臺：不能為第三方或服務(wù)提供商提供標準的接入平臺。礦山綜合自動化主要存在問題感知手段傳統(tǒng)單一：如瓦斯傳感器還是以傳統(tǒng)笨重的催化元件為主，礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及云計算總體規(guī)劃礦山行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及云計算總體規(guī)劃感知礦山物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)感知礦山物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)感知礦山災(zāi)害風險，實現(xiàn)各種災(zāi)害事故的預(yù)警預(yù)報感知礦工周圍安全環(huán)境，實現(xiàn)主動式安全保障感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實現(xiàn)預(yù)知維修、自動控制核心是“三個感知”感知礦山災(zāi)害風險，實現(xiàn)各種災(zāi)害事故的預(yù)警預(yù)報核心是“三個感知2023/8/21論感知礦山物聯(lián)網(wǎng)與礦山綜合自動化張申趙小虎

2012.1礦山物聯(lián)網(wǎng)中云計算應(yīng)用研究張申劉鵬2012.9夾河煤礦感知礦山物聯(lián)網(wǎng)方案設(shè)計及實施宋金玲

郝麗娜2023/8/5論感知礦山物聯(lián)網(wǎng)與礦山綜合自動化礦山物聯(lián)網(wǎng)實施案例礦山物聯(lián)網(wǎng)感知礦山M2M平臺感知礦山M2M平臺感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要建設(shè)內(nèi)容感知礦山物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)性平臺骨干網(wǎng)建設(shè)：包括井上、井下1000M高速工業(yè)以太網(wǎng)和調(diào)度指揮控制中心工業(yè)以太網(wǎng)建設(shè)。感知網(wǎng)建設(shè)：利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋煤礦井下，并與1000M工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的無線自組網(wǎng)系統(tǒng)。生產(chǎn)調(diào)度指揮中心軟硬件建設(shè)：增加相應(yīng)的集群服務(wù)器、1000M工業(yè)太網(wǎng)設(shè)備；礦山3D監(jiān)控軟件建設(shè)。數(shù)據(jù)平臺及數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要建設(shè)內(nèi)容感知礦山物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)性平臺感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要建設(shè)內(nèi)容感知礦山物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)性平臺人員安全信息感知：集成現(xiàn)有安全監(jiān)測、人員定位系統(tǒng)，研發(fā)新型基于無線覆蓋的移動雙向數(shù)據(jù)信息終端。設(shè)備健康狀態(tài)感知與控制：對井上、井下各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)的遠程監(jiān)控，減少井下操作人員；感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實現(xiàn)預(yù)知維修。設(shè)備導(dǎo)航與控制，最終實現(xiàn)無人或少人工作面。礦山安全環(huán)境感知與治理：包括煤礦災(zāi)害機理研究，煤礦災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警與防治，煤礦安全隱患排查，煤礦安全應(yīng)急預(yù)案管理等。生產(chǎn)監(jiān)控與管理決策系統(tǒng)：煤礦生產(chǎn)過程監(jiān)測與控制，煤礦供應(yīng)鏈管理，生產(chǎn)經(jīng)營決策管理，辦公自動化，礦山環(huán)保與生態(tài)恢復(fù)等。云服務(wù)平臺：將全國礦山的災(zāi)害監(jiān)測信息集中到服務(wù)中心平臺，結(jié)合專家云對各礦山動力災(zāi)害的活動規(guī)律及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，提供分析報告及預(yù)警。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)主要建設(shè)內(nèi)容感知礦山物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)性平臺物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中：物理設(shè)備8%；系統(tǒng)集成20-30%；信息服務(wù)(包括監(jiān)測監(jiān)控與增值服務(wù))60-70%BasedonABI硬件設(shè)備系統(tǒng)集成實時監(jiān)控增值服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中：物理設(shè)備8%；系統(tǒng)集成20-30%；信息服務(wù)人員與車輛管理基于感知層網(wǎng)絡(luò)人員與車輛管理基于感知層網(wǎng)絡(luò)基于感知層網(wǎng)絡(luò)和信息礦燈短信發(fā)送與管理基于感知層網(wǎng)絡(luò)和信息礦燈傳統(tǒng)集中式工作面沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)單一參數(shù)監(jiān)測，信息種類不足通道數(shù)受限，信息數(shù)量不足價格昂貴，覆蓋面不足安裝困難，移動適應(yīng)性不足集中式監(jiān)測系統(tǒng)例傳統(tǒng)集中式工作面沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)單一參數(shù)監(jiān)測，信息種類不足集SEN5SEN8SEN7SEN6SEN4SEN3SEN1SEN2礦震源網(wǎng)絡(luò)化分布式測量示意1000M1000M1000M1000MM1000M1000M1000MS基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式監(jiān)測系統(tǒng)災(zāi)害監(jiān)測底層系統(tǒng)電磁電磁微震微震聲發(fā)射電磁微震聲發(fā)射SEN5SEN8SEN7SEN6SEN4SEN3SEN1SE多學科協(xié)同工作平臺各學科在同一平臺上工作使用同樣的數(shù)據(jù)面對同一個礦山目的都是礦山的安全生產(chǎn)自然形成了一個協(xié)同工作的狀態(tài)無需任何行政手段多學科協(xié)同工作平臺各學科在同一平臺上工作礦山物聯(lián)網(wǎng)海量信息帶來的問題及對策信息源定位問題：IPv6，URI信息的組織、管理與使用問題：SemanticWeb信息的解讀問題：云服務(wù)方式礦山物聯(lián)網(wǎng)海量信息帶來的問題及對策48Berners-Lee

SemanticWeb-Layers海量信息的管理與使用方法48Berners-LeeSemanticWeb礦山物聯(lián)網(wǎng)云計算應(yīng)用礦山物聯(lián)網(wǎng)云計算應(yīng)用什么是云計算及云服務(wù)？---劉鵬教授什么是云計算及云服務(wù)？---劉鵬教授示例：基于云的礦山災(zāi)害監(jiān)測示例：基于云的礦山災(zāi)害監(jiān)測監(jiān)測：按點檢系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)進行各種設(shè)備監(jiān)測Internet或?qū)＞W(wǎng)A礦設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)B礦設(shè)備測系統(tǒng)專家云設(shè)備模型分析軟件云計算管理平臺用戶管理系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)管理計費管理設(shè)備健康狀況云計算平臺反映信息反映信息示例：基于云的設(shè)備健康狀況分析監(jiān)測：按點檢系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)進行各種設(shè)備監(jiān)測InternetA重要伙伴

芯片供應(yīng)商終端生產(chǎn)商網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)用及軟件供應(yīng)商5.徐州市政府、江蘇經(jīng)信委、科技廳等部門6.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督局

關(guān)鍵業(yè)務(wù)1.三個感知設(shè)備及應(yīng)用軟件2.感知礦山物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)及覆蓋方案3.一站式軟硬件解決方案4.后續(xù)服務(wù)價值主張

井下環(huán)境感知與人員安全保障井下設(shè)備感知與健康狀況分析井下災(zāi)害感知與預(yù)警井下安全生產(chǎn)高效管理今后的各種服務(wù)應(yīng)用客戶關(guān)系

持續(xù)的共創(chuàng)共贏合作關(guān)系政策支持校友資源、關(guān)系營銷

客戶細分

1.大型煤礦企業(yè)2.系統(tǒng)集成商核心資源礦大煤炭行業(yè)的品牌效應(yīng)研發(fā)實