物联网时代建设全面感知矿山.ppt

物联网时代建设全面感知矿山,WWW.SDIC.COM.CN,国投新集公司多年以来始终坚持科学技术是第一生产力，始终把矿井自动化建设作为增强企业核心竞争力、壮大煤电主业、加快企业发展的核心，坚定不移地走“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”的发展道路，深入进行矿井自动化建设，全面建设物联网时代的感知矿山。,物联网（TheInternetofThings）字面上讲就是物物相连的互联网，他是对物体具有全面感知能力，对信息具有可靠传送和智能处理能力的连接物体与物体的信息网络。他有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的特征。,1、物联网概念：,物联网概念的提出被预言为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济发展浪潮，受到各国政府、企业和学术界的重视，美国、欧盟、日本等国甚至将其纳入国家和区域信息化战略。,“感知矿山”是通过高速网络实现对矿山的全面覆盖，对矿山的人(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)全面感知，并利用直观形象的应用，来全面展现和管理矿山。“感知矿山”是将先进的自动控制、通信、计算机、信息和现代管理等技术相结合，将生产过程的控制、运行与管理作为一个整体，以实现企业的优化运行、控制与管理。,2、感知矿山概念,3、物联网时代的全面感知矿山系统结构,通过我们到国外的考察，以及与德国贝克公司、德国鲁尔集团（RAG）和德国PSI公司的合作过程中，我们发现，发达国家矿井之所以达到很高的自动化程度，根本原因是现场采用了大量的传感器、可靠的控制元件，使控制系统能够采集基础设备完备的状态信息以及现场工作人员的相关信息，能够对设备的运行状况以及人员相关信息进行全方位检测，从而大幅提高了现场设备的可靠性，保障了人员安全，增加了效率和效益。,以德国鲁尔煤业集团RAG为例，通过应用大量的传感器进行底层设备的自动化，并通过自动控制技术和信息化技术的广泛应用，德国单进水平从1990年的338m/月，提高到2007年的470m/月，提高工效39.5%；采煤效率从1981年的3.88吨/人班,提高到1997年的6.46吨/人班,提高66.5%；生产成本由2000年的155欧元/吨,降到2008年的110欧元/吨，降低29%。,为做好公司矿井自动化建设工作，近几年来，公司多次组团赴世界先进的采矿国家学习借鉴国外先进的采矿工艺和新自动化技术的应用。在进行充分调研和论证的基础上，公司提出：“自动化是煤炭行业生产力的发展方向，是加强成本控制、提高生产效率和参与市场竞争的有效手段，是公司三次创业的核心”。,我们充分认识到矿井的自动化建设必须要从矿井的设计阶段开始，从基础设备的自动化出发，从设备的传感器配置着手，并要充分考虑设备控制系统的开放性和辅以公司范围内自动化控制相关规范和标准、运行保障机制的制定和建立。,只有在设计阶段即考虑到系统自动化控制的需求，才能够在基础建设、工艺选择、设备选型和配套等问题上充分考虑，从根本上解决系统自动化的问题；只有在基础设备的选择上充分考虑了设备自动化控制的需求才能够要求设备配置足够的传感器；只有配备了足够的传感器在远程才能够充分了解现场的信息，才能保证远程操作时系统的安全和可靠。同时，只有系统具备了高的开放性才能够实现系统信息的高度集成，才能做到系统的集中监控和统一管理调度；另外只有建立了严格的运行保障制度，自动化的效能才能真正得到发挥。,设备的高度自动化是实现生产过程控制自动化的基础，现场信息的高度集成是生产过程控制系统远程集控时的基本要求。传统的现场自动化控制系统虽能够满足现场设备自动化控制的需求，但不能为远程监控提供足够的现场设备信息，即传统的自动化控制系统现场设备在远程的可视化程度较低，不能保障系统在远程操作时的可靠性。智能化仪器仪表技术、现场总线与工业以太网技术的发展，尤其是OPC技术等开放性通讯技术的大量应用为过程控制系统现场信息的高度集成提供了基础。,我们充分利用物联网的最新技术，在覆盖全公司井上及井下高速网络的基础上，对矿山的人(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)等信息进行全面感知和集成，利用直观形象的应用（设备监控组态、人员定位、矿井GIS系统、视频监控图像等）对矿山进行操作管理。,公司在以自动化技术创新作为核心的第三次创业发展目标的指引下，全面推进新矿井的自动化建设和老矿井的自动化改造，使公司矿井自动化工作在确保公司矿井的生产安全，提高劳动生产率、减少用工人数、降低生产成本、提高经济效益等方面起到了显著作用。,1、公司在高瓦斯和煤与瓦斯突出的井工条件下成功建成的被中央媒体誉为“中国第一对数字化矿井”的刘庄煤矿，是我公司建设全面感知矿山的初次实践,刘庄煤矿综合自动化控制系统的建设是公司进行全面感知矿山建设的初次尝试，在很多方面取得了重大突破。刘庄煤矿自动化建设通过工业以太网、现场总线、OPC以及其它开放性通讯技术的应用，在统一的监控平台上实现了对矿井供电、提升、通风、排水、运输、采煤工作面、选煤厂监控、人员定位、环境监测、GIS系统等24类60余个子系统的信息集成。,刘庄煤矿综合自动化控制子系统,刘庄煤矿综合自动化控制系统的部分子系统,刘庄煤矿当前已实现对主井提升控系统、矸石井提升系统、中央水泵房、110KV变电所、压风机、井下所有主要运输胶带机、通风机、工作面系统（包括泵站、工作面三机、液压支架）、集中制冷系统等在监控中心的远程控制操作，实现了上述车间硐室设备运行操作的现场无人化。同时，利用Web门户技术实现了矿井自动化监控系统监控画面的Web发布，使相关人员可以在办公室通过Web浏览实时查看现场设备运行状况。,刘庄煤矿自动化建设体系层次,刘庄煤矿自动化建设体系架构,刘庄煤矿自动化建设，充分应用了计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术，实现了刘庄煤矿的设备监控、安全、生产和经营管理等信息的有机集成，并通过刘庄煤矿生产过程的自动化、管理流程的信息化、优化了生产过程控制和生产调度手段，使生产计划及经营管理更加科学合理。,刘庄煤矿综合自动化控制系统建设逐步实现从设备集中控制向综合应用型的转变，为全国同类型矿井的综合自动化建设积累了宝贵的经验。由于刘庄煤矿生产自动化和管理信息化的成功建设，在2009年在由中国建筑业协会会同中国水利工程协会、中国煤炭建设协会等11家行业建设协会共同举办的“建国60周年重大经典建设工程”评选活动中，公司刘庄煤矿喜摘“百项经典工程”桂冠。,2、公司新建矿井的自动化系统是全面感知矿山建设的创新实践,公司在充分吸取刘庄煤矿及国内外其它煤矿自动化建设经验的基础上，加快了公司新建矿井自动化建设的步伐。为做好口孜东矿等新建矿井的自动化建设，我们把目光瞄准了世界一流的自动化矿井，世界一流的自动化集成商，引进了世界上最先进的矿井自动化技术。公司通过多次组织煤炭设计研究院与多家世界著名机构的煤矿自动化专家进行矿井自动化技术交流，最终确定了口孜东矿的自动化设计和建设方案。,口孜东矿的自动化系统建设是公司进行物联网时代全面感知矿山建设的创新实践。口孜东矿的井下自动化系统建设以完备的现场信息采集、多网合一和综合的数据应用为鲜明特点，建设方案在口孜东矿的矿井水处理工艺、辅助运输系统方式、胶带机系统配置、支护工艺及支护材料等方面提出了诸多意见、建议和要求，为口孜东矿下一步的设备选型、巷道施工等提供了指导依据。,口孜东矿的自动化建设是以现场系统的远程自动控制和管理为出发点的。自动化设计是从最底层的设备远程监控所需传感器的设置开始的，从设计上保证了系统在远程监控时能够从现场获取足够的信息。,口孜东矿主运胶带机控制系统图,以皮带机保护系统的纵撕保护为例，通过在皮带内每隔50米埋设一个纵撕线圈传感器，在皮带机支架两侧安装发射器(TX)和接收器(RX)对皮带机纵撕情况进行检测。在胶带机运行过程中纵撕线圈将由发射器(TX)发射的信号和接收器(RX)进行过临界耦合，当出现纵向撕裂时，回线断开，过临界耦合中断，由纵撕检测分析设备向皮带机控制系统发出保护性动作请求，从而保证了系统的安全可靠运行。,公司新矿井采煤工作面现场控制信息高度集成设计图,通过在整个采煤工作面布置Wi-Fi无线网络，口孜东矿使用的SL500煤机的位置和速度信息可以实时准确的传输给液压支架电液控制系统，用于采煤机与电液控制系统的配合工作。此外拟在口孜东矿采煤机摇臂和液压支架上安装固体声波传感器，通过对两个传感器接收到的声音数据进行对比和分析，采煤机可以对煤层情况进行辨认，通过记忆，采煤机可以自动对下一刀煤的采煤高度进行调整。,通过应用本安型模块化的网络交换设备、WLAN设备及VOIP设备，丰富了口孜东矿井下信息传输方式，同时简化了口孜东矿的网络传输系统结构。,口孜东矿井下网络系统,模块化的网络交换机，由统一的电源供电，每一个插件版即是一个独立的交换机，可以独立构成环网节点。,通过应用BCOM-VOIP网络电话技术，可以实现井下IP电话、移动IP电话和载波电话的互通，同时配合程控电话的IM接口板地面程控电话可以直接对井下的载波电话进行喊话。,通过应用WLAN无线网络设备扩展井下网络应用范围,人员定位功能,数据传输,通过开放的数据接口为矿井自动化数据的综合应用提供了基础,口孜东矿计划通过自动化建设，实现用简单的管理线条代替复杂的管理机构，用先进的自动化技术提高矿井的劳动生产效率。口孜东矿通过自动化系统的实施和应用，生产工艺的变革等必将在生产组织上创造出新的管理模式，对公司未来矿井自动化建设产生突出的示范作用。,口孜东矿的自动化系统建设从矿井生产各环节的工艺选择和基础设备选型开始，通过引入大量的传感器、可靠的控制元件，实现各生产过程的可视化，最终达到远程监视和控制。我们计划对矿井的设备层采用20000余个传感器，编制大约1500个界面进行生产过程控制的可视化。,传感器,执行机构,设备,数据采集器/适配器,MINCOS,MININIGMASTER,矿井千兆工业以太环网,地面集中控制中心,总线,光纤网络,光纤网络,总线/其它,总线/其它,光纤网络,空冷器控制器（工业电脑mincos）根据采集到的管道压力和回水温度数据，控制电动闸阀的开度，通过管道内水的流量对工作面温度进行控制。,空冷器控制器中有关空冷器的运行状态、现场控制设定信息以及管路中水的流量和温度等信息通过网络传输系统传输到地面集控中心。,地面集控中心通过iFIX组态软件进行可视化等应用，并通过组态画面对系统温度进行实时调整。,口孜东自动化建设相比国内传统煤矿自动化有了更进一步的提升。国内传统煤矿自动化侧重在对现有控制系统的集成和对现场设备的集中控制上，但受现场控制系统状况的限制，基础设备控制层未能采集远程监控时所需的足够信息，在进行远程控制时存在不安全因素，这是国内传统煤矿自动化系统未能发挥更大效益的原因所在。而我公司口孜东矿自动化在设计阶段就遵循了从基础设备的自动化控制出发的设计理念，全面感知矿井。,1、公司目前自动化集控中心的功能和作用,公司总部山南集控中心,目前在公司自动化集控中心可实现对刘庄煤矿采煤工作面、皮带运输、井下主排水系统、地面110KV变电所、主井、副井、矸石井、制冷站、压风系统、抽风系统、锅炉房、瓦斯抽排站、选煤厂、地面装车系统等生产子系统和车间的远程监控；并实现对新集一矿、二矿、三矿运输系统、主井装卸载等10余个井下生产系统及23个生产车间进行远程监视；同时在集控中心可实现对瓦斯监控系统、下井人员虹膜考勤系统、井下小灵通等系统的远程监控和信息集成；在公司集控中心还可实现对公司核心传输系统、网络系统、数据中心机房设备及各类信息化系统的运行状况进行远程监控。,我们在公司集控中心深入应用标准化的技术和工序、高效的自动化设备、快速的自动化网络，在建设矿级过程控制自动化的基础上，继续完善公司自动化集控中心建设，从而实现跨部门、跨系统的采矿过程自动化，最终在公司集控中心实现对各矿井所有关键设备的远程监控、远程监视和远程操作。,接口标准和接口协议的统一，实现各系统可视化是公司各矿井实现过程控制的重要先决技术条件,未来在公司集控中心可以实现跨矿井的集中调度管理,未来公司集控中心采取的集中式控制流程和穿透式信息查询,公司未来在中央集控软件可实现对各类自动化控制系统的穿透式查询并实现对设备参数的远程调整,2、公司远程集控中心的主要职能,（1）作为公司矿井设备的控制中心。通过高效的自动控制网和快速的通讯传输网，远程对公司所有矿井的采煤、掘进、运输、提升、供电、通风、排水、压风等系统进行全生产过程的远程在线监测和远程控制操作。,（2）作为公司自动化系统建设的技术支持和服务中心。借助中心集控软件，监视矿井各类设备的运行状态，远程诊断并对设备参数进行调整。现场或远程对自动化控制系统程序进行维护和修改。下达设备的检修、维护计划，根据系统或设备故障类型下达维修指令。,（3）在公司集控中心建立起企业级的数据仓库，借助于矿井生产制造执行系统（MMES），对生产计划调度、设备监控分析、对各类生产过程数据的综合分析，对生产过程及重要设备检修时间的合理变更和优化。集成公司资源计划系统（ERP）和自动化生产控制系统，在集控中心进行生产计划的编排、下达、查询和反馈，实现对各类设备、备品、备件的合理配置和优化调度。,（4）结合实时数据、过程组态画面，提供关于作业进程、现场环境、设备状态、能耗生产实绩、生产现场监视与跟踪等实时、历史的综合信息平台，并实现对自动化的分析处理和知识挖掘系统，形成智能化和自动化的企业级专家知识库和专家决策支持系统，为公司的安全、生