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基于物联网的煤矿智能体系设计

2021-10-27
来源:21ic中国电子网

  引言

  煤矿安全生产水平的提升,能够改善劳动环境,减少煤矿安全生产中的各种不安全因素,预防伤亡事故发生,从而确保煤矿生产运作的顺利进行。智能化运作作为煤矿安全技术应用的热点,已经逐步被应用到煤矿的安全生产管理中。

  物联网技术随着信息化建设的深入,已成为世界各国经济科技发展的战略制高点之一,同样也是我国信息技术创新的重点突破方向。物联网是利用感知技术、网络技术、人工智能及自动化技术,并集成应用,建立起一个人与物对话的智慧世界。

  煤矿物联网智能系统是继数字煤矿、自动化煤矿等概念后的升华,本文基于煤矿安全生产实际情况,提出了基于物联网的智能煤矿应用模型,然后对模型中的系统关系进行分析,最后给出了智能煤矿的完整架构图,从而实现动态的监视并控制煤矿安全运作的全过程。

  1我国煤矿企业智能化建设中存在的问题

  虽然我国煤矿安全生产已取得了很大的进步,但是与国外比较,总体水平还比较低,煤矿先进技术的应用还有较大差距,特别是信息化产品的应用,仍需要进一步的提高。

  物联网技术在我国已经逐步得到应用,但是经过对煤矿监控系统的现状分析,发现其中存在着很多的问题。主要问题如下:

  缺乏统一的标准和接口。现有的煤矿监控系统各成体系,并没有统一的接口及标准,从而使得系统之间没法正常通信,数据漏报。

  缺少共享平台。不能够为第三方提供统一的接入平台。

  学科交叉研究不够。地质、水文、灾害机理、系统集成等多学科的研究融合深度不够。

  应用层面的信息融合缺失。各个应用系统之间的信息融合及联动、决策融合缺失。

  缺乏泛在的感知网络。缺乏统一的地下无线覆盖感知网络,地下存在着很大部分的感知盲区。

  设备落后及老化。感知元件单一,设备落后,不能适应复杂的井下环境。

  联动效率低下。在煤矿事故发生以后,省及地方联合应急效率低下,抢险救灾、安全救护及捜救效果差。

  2煤矿物联网智能体系模型设计

  针对上述问题,本文提出了一种煤矿安全生产物联网智能系统,其设计共分为四个层次,分别是感知与控制层、数据集成层、管理决策应用层、信息展示层,具体设计如图1所示。

  感知与控制层作为传统物联网研究的热点,相对其他层次已经比较成熟。感知与控制层一共设计了四个系统,分别是安全系统、生产系统、供电系统和生产调度系统。安全系统包括安全监测、井下排水、通风、防灭火、束管监测、瓦斯抽放、人员考勤和人员监控;生产系统包括工作面、提升系统、皮带系统、供压系统、水处理、选煤厂锅炉房、井下降温及给水系统;供电系统包括地面与地下供电;生产调度系统包括无线通信系统、调度通信系统、信息监控系统和大屏幕显示系统。

  数据集成层是新型煤矿物联网系统的数字化集成中心,主要由工业级实时数据库和关系型数据库组成。工业级实时数据库包含了数据分析、联动控制策略库、故障诊断库和专家库;关系型数据库主要包含管理基础库、组织机构库、业务标准库和专家知识库。

  管理决策层作为企业的智能管理层,分为生产智能分析和商务智能分析两部分。生产智能分析中心主要运作包括计划目标管理、物资管理、运销管理、工程项目管理、能源管理、机电设备管理、通风设计分析和安全管理;商务智能分析中心主要运作包括全面预算管理、财务管理、人力资源管理、固定资产管理、煤质管理、精细化管理、生产调度管理和三维数字开采管理。

  企业展示层主要是通过企业展示网络来展示企业的相关信息。

  煤矿物联网架构的自上而下的四个层级分工明细又相互协作,各个层级间共用同一的数据仓库,并通过工业以太网和企业管理网实现联通。

  3煤矿物联网智能体系架构设计

  通过对煤矿物联网体系模型的研究,已经构建了比较完整的物联网智能体系。结合煤矿实际情况,以及物联网技术中的信息采集、识别与协同、信息融合、预警、传感器网络等技术,设计出了一个比较完整的煤矿物联网信息架构体系,其完整的网络架构图如图2所示。

  图2所示的物联网构架图在集成矿山“三个感知”核心(即感知环境、感知人员、感知设备)的基础上,融入了生产监控与管理决策系统,并在云服务平台的基础上,将安全智能分析(包括物资管理、生产管理、工程项目管理等)和商务智能分析(包括人力资源管理、财务管理等)完美地结合在一起,在很大程度上提高了矿山整体的智能化运作。

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  在此煤矿物联网智能体系架构设计中,要求:煤矿系统各类信息都能够融入骨干网络进行传输;针对各个监控子系统建立虚拟的专用网,从而保障各个子系统能够相对独立的运作;建立一个统一网络的多子系统监控系统,通过网络传输各科室及局部中心数据;可实现数据流量的有效控制;系统具有热插拔结构、模块化,进而实现煤矿的不间断生产、维修、维护;系统进行统一的编程组态,降低煤矿用户对专业知识的要求,提高系统应用效率;建立丰富的网络诊断和管理功能,以便于对故障进行分类和设备维修等。

  4煤矿物联网智能体系建设的主要内容

  通过以上对煤矿物联网智能体系模型及架构的研究,可以确定煤矿物联网智能体系主要建设内容包括井下传感器感知系统、设备健康感知系统、灾害感知系统、感知网络传输系统、感知矿山信息联动系统、生产监控指挥系统、运销管理系统、人力资源系统、专家决策系统、财务管理系统等。在系统结果图的基础上,结合物联网技术,分析研究得各主要建设子系统关系如图3所示。

  5煤矿物联网智能体系技术研究的新方向

  在最新的信息技术发展政策及措施的指引下,通过研究构建起来的煤矿物联网智能体系在感知、传输、共享、处理、应用等领域都取得了一定的创新型研究成果,为提高煤矿物联网持续的创新能力巩固了基础。

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  在本文的物联网架构设计的基础上,在日后的实际应用中,需注意四个方面的研究。

  首先要提升感知技术水平,加强人工智能技术的应用,通过把模式识别等智能技术与传感器技术的结合,提高矿山感知的可靠性、准确性及合理性。

  其次要推进传感技术的突破,从而实现高并发、大容量、多元化信息的传输,以提高传输网络的承载能力,进而实现煤矿物联网在矿山各系统中的真正应用。

  然后要加强处理技术的研究,以解决复杂、异构物体间的连接方式和信息的交互处理难题,在智能工业、智能商务等领域实现突破。

  最后就是需巩固共性基础研究,使物联网更好地应用到企业的安全生产、精细及动态的管理中去,提高生产与业务的创新,以实现矿山各系统的智慧。

  6结语

  本文通过对煤矿物联网智能体系模型设计,清晰地展示煤矿物联网智能体系的结构关系,并在此基础上指导煤矿物联网架构的构建。本方案将系统工程技术、信息技术、感知技术、智能技术、计算机技术、控制理论技术等融合到物联网建设中,从而为智慧矿山的建设奠定了丰富的理论技术基础,最终提高了矿山智能化建设的科学性、安全性及先进性,加快我国新型智慧矿山建设的进度和步伐。




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