物联网解决方案在煤炭行业中应用

物联网解决方案在煤炭行业的应用

煤矿安全生产关系到人民群众的生命和财产安全，各级政府一贯重视煤矿安全生产问题，并采取一系列措施不断加强安全生产工作。通过不懈努力，煤矿安全生产总体呈现稳定好转趋势，但是因为煤矿生产是地下作业，受自然条件影响约束很大，不同的地质构造和煤层的赋存条件决定了煤矿企业必须采取不同的开拓开采方法，并且带来了许多自然灾害，如瓦斯、煤尘爆炸、矿井火灾、顶板冒落、矿井透水等，这些都是煤炭生产特有的不安全隐患。

煤矿行业的信息化需求

煤炭生产系统复杂、工作场所黑暗狭窄，人员集中，采掘工作面又随时移动，由于地质条件的变化会使移动的采掘工作面不断出现新情况和问题，如不及时采取相应的有效措施，可能会导致重大灾害事故，这就给安全工作带来了困难。

煤矿安全生产状况不容乐观。如何加强目前煤矿企业、集团公司、安全部门对煤矿安全生产管理模式，如何实现管理的现代化、信息化成为煤矿企业关心的问题。因此，建立能够全面掌握煤矿安全、生产信息，全面掌握矿区地面、井下环境信息、水文地理信息、煤层信息、巷道信息、机电设备信息及工作状态、井下人员分布及工作状态、每班产量等的信息系统极为重要，生产单位应该能做到灾害预防、事故救助、应急预案、安全培训等。

大唐电信基于矿区信息化和智能化应用而推出的“感知矿山”解决方案，就是物联网技术成功应用在煤炭行业的很好例证。

如何全面“感知矿山”？

“感知矿山”是通过全面感知技术，对矿区的人(人员定位、无线通信)、设备(综合自动化)、环境(安全监控、矿压监控等)实现信息获取，并通过全面覆盖的高速网络（矿区地面、井下1000Mbit/s高速光网络、无线信号覆盖），以及3DGIS矿区全息展示等直观形象的呈现，使煤矿生产单位全面了解矿山各类情况。

“感知矿山”可用于煤矿(地面、井下)安全生产、煤炭行业综合信息化、税务局、煤炭局、县区煤炭产量监控、林业系统监控，也可用于电力系统高压开关监视和控制等多个场景，目前在全国很多国有大矿都有成功案例，在神华、中煤等矿已经正式使用。

“感知矿山”实施的重点是所有与矿区安全、生产相关的感知层网路的接入。因为矿区在建设过程中，采用的不同传感器其厂家不同，协议接口不统一，有些是早期建设项目，没有智能接口。建立全面的接入传感网络，是达到“感知矿山”目的的基础。

“感知矿山”不仅提高矿山的安全管理水平，更多的是涉及到生产，如利用信息技术、网络技术以及传感网络对矿区煤运皮带、煤仓、洗煤厂、水仓、变电站等各个生产相关设备系统的感知和控制，很大程度提升了矿区的自动化生产能力，是“两化”融合的典范。

应用于煤矿矿区的综合信息化系统

煤矿矿区综合信息化系统是将先进的自动控制、通讯、计算机技术、信息技术和现代管理技术结合，将企业的生产过程控制、运行与管理作为一个整体进行控制与管理，提供整体解决方案，以实现企业的优化运行、优化控制与优化管理，从而提高企业核心竞争力。

综合自动化是煤矿实现高产高效的有效手段，对于提高煤矿的生产运行状况、安全水平、事故灾害预测预报以及生产业务管理具有重要的作用。

本技术方案就是针对目前煤矿的实际需求，推出的高效、可靠、安全的自动化网络系统。矿井综合自动化信息平台的主体是以矿用光纤工业以太环网和工业现场总线等技术共同构建的综合数字化信息传输。

在该房案中，感知层设备由大量感知环境、机电、人员等传感器因素构成，如风速、风量、温度、转速、振动、电压、电流、功率传感器等环境因素、甲烷、CO、CO2、O2、锚杆压力、钻孔应力、顶板离层环境传感器、跑偏、堆煤、烟雾、皮带打滑等传感器、煤仓料位计、水位计等传感器等机电因素，以及摄像机、RFID人员定位等，这些传感器在矿区地面、井下构建了一个庞大的传感网络层。

网络层设备主要由铺设在地面、井下的千兆光环网及网络交换机设备、光电转换设备、路由器、防火墙、服务器等，以及用来无线覆盖的PHS网络或WiFi网络等构成，这些网络构建了覆盖整个矿区的数据网络。

应用层是矿区综合信息化系统，包含了矿区3DGIS系统、综合自动化系统、人员管理系统、视频监控系统、短信管理平台、矿区应急指挥系统、调度系统等等。

该应用层软件提供了各种通用的数据接口，在此之上，生产单位可以方便地将提升机监控系统、安全监控系统、矿井通信系统、应急救援通信系统、视频监控系统、井下调度无线通信系统、大巷运输系统、选煤厂计算机控制系统、主通风机监控系统、压风机监控系统、中央泵房监控系统、工业电视系统等系统进行无缝链接，最后经过工业以太网平台统一传输到应用层上进行统一的管理，如图1所示，真正实现矿井“采、掘、运、风、水、电、安全”等生产环节上的信息化和自动化，从而达到优化生产、优化管理。

煤矿区信息系统建设特点

该系统依托矿井工业以太环网的高速控制网络，通过推进煤矿矿井生产过程控制，促进企业综合信息化，可实现数据采集自动化、业务信息集成化、信息管理网络化，最终实现煤矿管理决策科学化、现代化和智能化。系统建设特点如下。

●?各生产过程全面实现自动化，并在信息中心分别对各生产环节进行监控，达到高产高效的目的。

●?遵循先进、可靠、实用原则，尽量减少投资，节约成本。

●?加强自动化系统、信息管理系统在煤炭行业的通用性。

●?实现生产控制的实时数据库和信息管理的关系数据库的接口，能够实现信息系统对生产数据的无障碍存取。

●?上位监控系统软件、网络管理软件等均基于WEB浏览器模式开发，支持远程监测、远程维护。

●?提供有效的网络管理和系统监控、调试、诊断技术，保证系统维护管理简明、方便、有效，在设备发生故障时能够方便及时的发现故障、排除故障。

信息化案例

针对煤矿的实际情况，本着信息网络通盘考虑，兼顾煤矿原有建设投资和未来发展需求，建立了一套完整的“感知矿山”系统。随着信息系统的建设，该矿区逐步实现全矿信息化管理，最终全面提升了矿安全生产和运营管理水平。

纳入集中监控的主要生产环节覆盖生产、安全整个过程，包括主煤流运输、井下供排水、35kV变电所、地面变电所、井下变电所、矿井通风、压风系统、给排水、水处理、主井提升等。

需要纳入集中监测的主要生产环节有包括矿井环境监测、火灾束管监测预报、综掘工作面、注氮、注浆等。

矿井综合信息化系统通信网络平台为1000Mbit/s工业以太网，分为地面1000Mbit/s 光纤环网和井下1000Mbit/s光纤环网，地面和井下的环网以太网交换机分别挂接在环网上，并为监控分站接入提供10Mbit/s与100Mbit/s下联接口。每个环网有两个逻辑独立的单环，传输方向相反，且配置成自动切换的自愈环，如图２所示。

煤矿综合自动化利用全集成自动化的思想，是将矿井各生产环节的设备监控融为一体，与工业电视监视系统协作，利用工业以太网，在地面中央信息中心控制室实现对全矿井各生产环境和设备的监视和控制。并可将信息通过网络传送给矿级领导，使矿级领导在办公室通过计算机即可随时了解安全、生产、财务、人事、运销等各种信息，实现全矿井统一调度、统一管理。

煤矿数据中心服务器可以通过专线和信息中心联网，本地中心服务器作为集团中心网络的数据分站，实现煤矿数据采集和初步分析。经过处理的数据发送给信息中心，信息中心服务器做统一处理或存储，如图3所示。

该方案技术起点高、针对性强。一方面充分利用煤矿现有自动化设备，将不同时期、不同厂家、不同自动化水平的设备综合一起，实现统一管理；另一方面实现了煤矿综合自动