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1、2023/1/10,矿山物联网整体解决方案及应用案例,中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心 张申 教授Tel:0516 83899702 13305213518,2023/1/10,内容提要,矿山物联网发展及趋势矿山综合自动化应用实例矿山物联网的优势及示范矿山CPS要研究的问题,矿山物联网是通信网和互联网在矿山行业的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装置对矿山物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现矿山人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对矿山物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。矿山Cyber Physical System(MCPS)？,1、矿
2、山物联网的发展及趋势,1、矿山物联网的发展及趋势,2023/1/10,2、矿山综合自动化及实例,某煤矿巷道布置图,煤矿工作面,有限空间无线通信,轨道运输巷,皮带运输巷,工作面巷道,2023/1/10,其他辅助系统,煤矿生产涉及的系统多，战线长，综采设备、综掘设备、胶带运输、提升机、辅助运输、系统等；,煤矿生产还要面对复杂的地质条件、矿山压力、瓦斯、一氧化碳、地下水及煤尘等；排水、通风、供电、供压,煤矿生产过程对信息化的要求,2023/1/10,电力监测系统,1 号变电站,井下系统,地面系统,2023/1/10,2023/1/10,2023/1/10,尽管数字矿山与矿山综合自动化这两个概念是不同
3、专业领域的专家针对信息时代的矿山建设分别提出的,但是,显然数字矿山与矿山综合自动化在整体概念上和要实现的目标上是一致的。这两个概念的融合也是最符合逻辑的。,2000我们开始研究煤矿综合自动化，提出模型，2002年开始实施，2007年根据实施经验发表了论文。,2023/1/10,统一数据仓库平台,生产,安全,管理决策层,数据仓库信息处理信息挖掘信息融合,信息集成层,监测监控层,矿山综合自动化平台,办公自动化,专家决策支持,设备运行管理,GIS及VR,经营管理,生产计划与接续,生产保障管理,考勤与劳资,安全生产信息管理,生产监控调度指挥,通信系统,工作面,胶带运输,提升系统,井下供电,井下排水,地
4、面供电,供压系统,通风系统,水处理统,安全监测,安全系统,生产系统,供电系统,多媒体业务,瓦斯抽放,防灭火,人员监测,选煤厂,锅炉房,井下降温,给水系统,统一网络传输平台,地理信息系统,视频系统,三层结构数字矿山架构,控制网,调度网,企业网,内网,外网,2023/1/10,2023/1/10,综合自动化系统实例,神华大柳塔煤矿矿井监控系统网络结构图,工业总线传输平台示例 神华大柳塔ControlNet,2023/1/10,工业总线传输平台示例 济宁三号煤矿 ControlNet,2023/1/10,100M以太网示例龙口集团北皂煤矿综合自动化,这个网络的建立为网络化的语音信号传输和管理以及工业
5、电视改造打下了良好的基础。在此网络上建立了一个基于统一网络传输、数字处理技术和计算机控制管理的多路语音通信系统和多路实时网络化工业电视监控系统，在调度指挥控制中心监控煤矿井上、下安全生产全过程，并通过网络将其传输到煤矿各科室和局调度中心。,兖矿集团兴隆庄煤矿郑煤集团 裴沟、超化煤矿等三网合一综合自动化系统,2023/1/10,郑煤集团裴沟煤矿综合自动化标准,2023/1/10,2023/1/10,2023/1/10,WiFi移动通信系统,网络口 电源口,2023/1/10,基于RFID的井下人员定位系统,2023/1/10,4、感知矿山物联网及示例,综合自动化系统改变了各个系统独立的格局，实现
6、了子系统集成；有利于三网合一，为新上系统建立了良好的信息高速公路；为感知矿山物联网打下了良好的基础。,但综合自动化系统基本是各种子系统的简单集成，实现的1+1=2。离实时控制、精确管理、科学决策还有较大的距离,感知手段传统单一：如瓦斯传感器还是以传统笨重的催化元件为主，基本没有MEMS微机电化集成传感器。缺乏泛在感知网络：基本没有统一的地下无线覆盖感知层网络，现有传感器和监测手段不能适用于煤矿流动作业，危险源位置、分布、及其流动规律均不确定的场合。存在很大的感知盲区。缺乏应用层面的信息融合：煤矿综合自动化实现了先用应用系统的网络化集成，但是个应用系统之间的联动与信息融合、决策融合还没有开展。多
7、学科交叉研究不够：重大灾害产生的机理，煤矿设备故障诊断，地质、测量、水文、监测监控、智能信息处理技术等多学科研究融合不够。缺少共用的开放平台：不能为第三方或服务提供商提供标准的接入平台。,矿山综合自动化主要存在问题,矿山行业物联网及云计算总体规划,感知矿山物联网架构,感知矿山灾害风险，实现各种灾害事故的预警预报感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修、自动控制,核心是“三个感知”,2023/1/10,论感知矿山物联网与矿山综合自动化张申 赵小虎 2012.1矿山物联网中云计算应用研究张申 刘鹏 2012.9夹河煤矿感知矿山物联网方案设计及实施宋金玲 郝丽娜
8、,矿山物联网实施案例,感知矿山M2M平台,感知矿山物联网主要建设内容,感知矿山物联网结构性平台骨干网建设：包括井上、井下1000M高速工业以太网和调度指挥控制中心工业以太网建设。感知网建设：利用无线传感器网络建立覆盖煤矿井下，并与1000M工业以太网相结合的无线自组网系统。生产调度指挥中心软硬件建设：增加相应的集群服务器、1000M工业太网设备；矿山3D监控软件建设。数据平台及数据仓库建设。,感知矿山物联网主要建设内容,感知矿山物联网服务性平台人员安全信息感知：集成现有安全监测、人员定位系统，研发新型基于无线覆盖的移动双向数据信息终端。设备健康状态感知与控制：对井上、井下各生产及辅助系统的远程
9、监控，减少井下操作人员；感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修。设备导航与控制，最终实现无人或少人工作面。矿山安全环境感知与治理：包括煤矿灾害机理研究，煤矿灾害监测、预警与防治，煤矿安全隐患排查，煤矿安全应急预案管理等。生产监控与管理决策系统：煤矿生产过程监测与控制，煤矿供应链管理，生产经营决策管理，办公自动化，矿山环保与生态恢复等。云服务平台：将全国矿山的灾害监测信息集中到服务中心平台，结合专家云对各矿山动力灾害的活动规律及监测数据进行分析，提供分析报告及预警。,物联网产业链中：物理设备8%；系统集成20-30%；信息服务(包括监测监控与增值服务)60-70%,Based on ABI,硬件
10、设备,系统集成,实时监控,增值服务,人员与车辆管理,基于感知层网络,基于感知层网络和信息矿灯短信发送与管理,传统集中式工作面冲击地压监测系统,单一参数监测，信息种类不足通道数受限，信息数量不足价格昂贵，覆盖面不足安装困难，移动适应性不足,集中式监测系统例,基于物联网的分布式监测系统,灾害监测底层系统,电磁,电磁,微震,微震,声发射,电磁,微震,声发射,多学科协同工作平台,各学科在同一平台上工作使用同样的数据面对同一个矿山目的都是矿山的安全生产自然形成了一个协同工作的状态无需任何行政手段,矿山物联网海量信息带来的问题及对策信息源定位问题：IPv6，URI信息的组织、管理与使用问题：Semanti
11、c Web信息的解读问题：云服务方式,Berners-Lee Semantic Web-Layers,海量信息的管理与使用方法,矿山物联网云计算应用,什么是云计算及云服务？-刘鹏教授,示例：基于云的矿山灾害监测,监测：按点检系统的监测参数进行各种设备监测,示例：基于云的设备健康状况分析,矿山物联网商业模式,产品研发,智能矿灯,网络交换机,网络控制器,监测监控分站,人员定位系统,WiFi无线基站,定位卡,4、矿山CPS要研究的问题,CPS系统原型架构,深度嵌入的计算与物理融合语义规则监测/控制发布与订立机制松耦合 煤矿系统是典型的松耦合系统时间轴 煤矿系统平台是没有时间的系统量化置信度 没有量化的可信度人的行为 人不是自动化中的受控或主控因素容错性安全性可伸缩性自治性,CPS基本单元工作流程,一种矿山CPS的递推架构,2023/1/10,谢 谢!Q&A,中国矿业大学物联网（感知矿山）研究中心 张申 教授0516 83899702 13305213518,
