物聯(lián)網(wǎng)礦山工程策劃方案

1、感知礦山（物聯(lián)網(wǎng)）示范工程設(shè)計(jì)方案中國(guó)礦業(yè)大學(xué)感知礦山研發(fā)中心徐州市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心二一一年一月1 項(xiàng)目概述1.1物聯(lián)網(wǎng)的差不多概念物聯(lián)網(wǎng)的概念有許多，2010年溫家寶總理的政府工作報(bào)告附錄中給出的物聯(lián)網(wǎng)解釋比較具有權(quán)威性。中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)專家委員會(huì)主任委員鄔賀銓院士對(duì)那個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的概念又進(jìn)一步做了修正：“物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把需要聯(lián)網(wǎng)的物品與網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)不、定位、跟蹤監(jiān)控和治理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展應(yīng)用”。那個(gè)概念不專門指明國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)，明確提出是需要聯(lián)網(wǎng)的物體，同時(shí)強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的延伸和擴(kuò)展應(yīng)用。這就特不清晰地將行業(yè)應(yīng)

2、用涵蓋在物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，更為適合當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)展。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)要緊確實(shí)是依據(jù)那個(gè)概念來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃的。1.2我國(guó)煤礦生產(chǎn)現(xiàn)狀煤炭是我國(guó)要緊能源，目前在我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)中，煤炭約占73。據(jù)專家預(yù)測(cè)，到2050年煤炭仍會(huì)占中國(guó)能源消費(fèi)的50%以上，煤炭作為要緊能源的地位將會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期中可不能改變。由于我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)存條件復(fù)雜，煤礦自動(dòng)化水平低，井下用人多，生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)采納的技術(shù)比較落后，功能單一，再加上治理等因素，使得生產(chǎn)成本高，安全形勢(shì)不容樂(lè)觀。全國(guó)煤礦事故死亡人數(shù)居高不下，百萬(wàn)噸死亡率大大高于世界要緊產(chǎn)煤國(guó)家平均水平，嚴(yán)峻阻礙了煤炭工業(yè)的可持續(xù)進(jìn)展和社會(huì)的穩(wěn)定。隨著國(guó)家對(duì)礦山安全的重視

3、程度不斷加強(qiáng)，礦山企業(yè)在各種安全、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)方面的投入逐年加大，對(duì)保證礦山的安全和正常生產(chǎn)起到了重要作用。然而在目前的裝備和技術(shù)水平下，無(wú)法根除各種安全隱患，礦山災(zāi)難時(shí)有發(fā)生?，F(xiàn)有的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，由于生產(chǎn)廠商和系統(tǒng)建設(shè)時(shí)期不同，各個(gè)系統(tǒng)之間沒(méi)有統(tǒng)一的通信協(xié)議和接入技術(shù)，系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異專門大，呈現(xiàn)多源性和異構(gòu)性。由于礦山開采的對(duì)象礦床是分布于三維地理空間、并隨著開采進(jìn)程不斷變化著的地質(zhì)實(shí)體，礦山安全生產(chǎn)的一切過(guò)程都離不開三維空間，不管是礦層、構(gòu)造等地質(zhì)實(shí)體，依舊縱橫交錯(cuò)的井下巷道系統(tǒng)和各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息都具有空間屬性。不僅如此，礦山生產(chǎn)活動(dòng)又是始終處于一種隨時(shí)刻動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)

4、之中，因此反映事實(shí)上際狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，假如得不到有效集成，就只能形成彼此隔離的“信息孤島”，同時(shí)探測(cè)同一地質(zhì)實(shí)體的多數(shù)系統(tǒng)只能對(duì)其采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示和打印，而面向同一地質(zhì)實(shí)體同時(shí)探測(cè)到的多源信息往往得不到有效地綜合利用，更談不上有效地為煤礦安全提供決策依據(jù)。隨著開采深度的加大和賦存地質(zhì)條件的惡化，使得深部煤炭開采的力學(xué)環(huán)境、巖體組織結(jié)構(gòu)、差不多力學(xué)行為特征和工程響應(yīng)與淺部明顯不同，導(dǎo)致沖擊礦壓、頂板大面積來(lái)壓和采空區(qū)失穩(wěn)等動(dòng)力災(zāi)難事故明顯增加，已對(duì)深部煤炭資源的安全開采造成嚴(yán)峻威脅。在重大災(zāi)難的預(yù)測(cè)方面，缺少實(shí)時(shí)、在線、連續(xù)的監(jiān)測(cè)預(yù)警裝備?！拔锫?lián)網(wǎng)”概念的問(wèn)世，打破了之前

5、的傳統(tǒng)思維。過(guò)去的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施分開。對(duì)煤礦安全生產(chǎn)而言，在“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代，瓦斯、CO等各類傳感器、電纜、電氣機(jī)械設(shè)備、鋼筋混凝土等等，所有這些將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，基于物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)γ旱V復(fù)雜環(huán)境下生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施更加實(shí)時(shí)有效的協(xié)同治理和操縱。物聯(lián)網(wǎng)概念為建立煤礦安全生產(chǎn)與預(yù)警救援新體系提出了新的思路和方法。如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決煤礦生產(chǎn)中人員安全環(huán)境的感知問(wèn)題，解決礦山災(zāi)難狀況的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、減少或幸免重大災(zāi)難事故的發(fā)生，解決安全生產(chǎn)的智能操縱；礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)展潮流以及研究的核心內(nèi)容是什么；如何形成產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。這差不多上感知礦山

6、物聯(lián)網(wǎng)示范工程需要解決的問(wèn)題。2感知礦山物聯(lián)網(wǎng)總體目標(biāo)與特征2.1感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的概念及目標(biāo)作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，“感知礦山”是通過(guò)各種感知、信息傳輸與處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的可視化、數(shù)字化及智慧化。其總體目標(biāo)是：將礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)、安全治理、產(chǎn)品加工與運(yùn)銷、礦山生態(tài)等綜合信息全面數(shù)字化，將感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息處理、智能計(jì)算、現(xiàn)代操縱技術(shù)、現(xiàn)代信息治理等與現(xiàn)代采礦及礦物加工技術(shù)緊密相結(jié)合，構(gòu)成礦山中人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)詳盡地描述并操縱礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程。以高效、安全、綠色開采為目標(biāo)，保證礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長(zhǎng)，保證礦山自然環(huán)

7、境的生態(tài)穩(wěn)定。2.2感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的特征近些年在礦山提出過(guò)許多概念，如數(shù)字礦山、礦山綜合自動(dòng)化、信息化礦山、智能礦山等，而“感知礦山”是在綜合了這些概念的基礎(chǔ)上，更加具體、全面、動(dòng)態(tài)、詳盡地描述真實(shí)礦山。比如講，在開始提數(shù)字礦山時(shí)，要花專門大的精力去解釋數(shù)字礦山與地理信息系統(tǒng)不同，是要將礦山生產(chǎn)過(guò)程、礦山安全信息集成在內(nèi)的；在開始實(shí)施礦山綜合自動(dòng)化時(shí)，又在花時(shí)刻去解釋要有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)，地理信息系統(tǒng)也是綜合自動(dòng)化中的一個(gè)重要平臺(tái)，還要解釋網(wǎng)絡(luò)化操縱是一種分布式操縱等等。而在物聯(lián)網(wǎng)礦山的概念下，這些都不需要去作任何解釋。這是由于物聯(lián)網(wǎng)本身確實(shí)是基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)本身確實(shí)是要在G

8、IS（地理信息系統(tǒng)）和GPS（全球定位系統(tǒng)）下實(shí)現(xiàn)定位的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)本身確實(shí)是操縱與網(wǎng)絡(luò)一體化的應(yīng)用；物聯(lián)網(wǎng)本身確實(shí)是分布式應(yīng)用等等。此外，物聯(lián)網(wǎng)還明確提出了物與物相聯(lián)的概念，而在往常的數(shù)字礦山等諸多概念中，差不多是人與人、人與物相聯(lián)的概念為主。因此，對(duì)礦山移動(dòng)物體的監(jiān)控，相對(duì)較弱。而煤礦移動(dòng)作業(yè)過(guò)程的監(jiān)控正是礦山生產(chǎn)的特點(diǎn)，物與物相聯(lián)需要更大范圍的無(wú)線自組網(wǎng)的能力，需要基于網(wǎng)絡(luò)的分布式感知能力。綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了將煤礦各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控子系統(tǒng)集成到一個(gè)平臺(tái)里，實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)與安全系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，這為實(shí)現(xiàn)感知礦山打下了良好的基礎(chǔ)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)差不多是礦山原來(lái)各種系統(tǒng)的簡(jiǎn)單集成，比較好地做到了減人提

9、效，但礦山集成網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值沒(méi)得到應(yīng)有的提升，也沒(méi)有給礦山安全帶來(lái)明顯的改善。以太網(wǎng)發(fā)明人之一邁特卡夫曾預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值是與聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)的平方成正比。煤礦綜合自動(dòng)化將眾多子系統(tǒng)聯(lián)接到了總體網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)的差不多依舊原來(lái)各分立的子系統(tǒng)的功能，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)1+12。而利用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)技術(shù)，提高集成信息的價(jià)值；利用移動(dòng)感知技術(shù)，提高煤礦安全信息的感知能力。這是感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)。因此，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不是簡(jiǎn)單的礦山綜合自動(dòng)化，而是在此基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步完善礦山綜合自動(dòng)化，使其更加適應(yīng)礦山的真正需要。這正像物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，來(lái)進(jìn)一步豐富和擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。2.3 感知礦山建設(shè)的核心

10、問(wèn)題-三個(gè)感知為保障礦山的安全生產(chǎn)，感知礦山是在實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)三個(gè)感知。即：感知礦工周圍安全環(huán)境，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式安全保障；感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修；感知礦山災(zāi)難風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)各種災(zāi)難事故的預(yù)警預(yù)報(bào)。感知礦山建設(shè)應(yīng)以三個(gè)感知為重點(diǎn)突破點(diǎn)，對(duì)煤礦安全信息感知采集技術(shù)、煤礦信息融合、識(shí)不與協(xié)同技術(shù)、煤礦傳感網(wǎng)操縱技術(shù)、煤礦傳感網(wǎng)絡(luò)安全生產(chǎn)、預(yù)警、災(zāi)后重構(gòu)再生技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)開展研究，形成完備的基于自有技術(shù)的礦山物聯(lián)網(wǎng)體系。礦山災(zāi)難發(fā)生的區(qū)域和時(shí)刻均具有未知性，同時(shí)礦山處于動(dòng)態(tài)開采過(guò)程中，要感知這些災(zāi)難產(chǎn)生的前兆信息，只能采納符合礦山生產(chǎn)特點(diǎn)的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式、可移動(dòng)、自組

11、網(wǎng)的信息采集方式。需要研究礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)的感知煤礦災(zāi)難狀況、感知設(shè)備健康狀態(tài)、感知人員安全環(huán)境等信息感知與處理平臺(tái)。3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)依據(jù)煤礦安全規(guī)程和煤礦設(shè)計(jì)規(guī)范智能調(diào)度室裝備規(guī)范爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備本質(zhì)安全型電路和電氣設(shè)備要求GB 3836.4-2000爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求GB 3836.12000礦用一般型電氣設(shè)備GB 1217390煤礦通信、檢測(cè)、操縱用電工電子產(chǎn)品通用技術(shù)要求MT 20990工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ 11587電力系統(tǒng)通信治理規(guī)程DL/T54494企業(yè)供配電系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)方法GB/T 166641996通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范GBSOO55

12、93礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范GB50O7O94煤礦監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)規(guī)范礦井防滅火規(guī)范 MTT 6981997礦井通風(fēng)及安全裝備標(biāo)準(zhǔn)MT/T 501696建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB500162006煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范 HYPERLINK /jz/product/98869.htm t _blank GB502152005火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) HYPERLINK /xf/product/203799.htm t _blank GB501662007 礦山安全條例爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范GB500581992 煤炭工業(yè)選煤廠設(shè)計(jì)規(guī)范MT 500794軟件開發(fā)規(guī)范 HYPERLINK /ctbook/122

13、1271.html t _blank DZ/T 01691997計(jì)算機(jī)軟件可靠性和維護(hù)性治理 HYPERLINK /show/download/shtml/049811.shtml t _blank GB/T 143941993建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ162008安全技術(shù)防范規(guī)程工程程序技術(shù)規(guī)范GB 503482004閉路電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范GB5019894 4 感知礦山示范工程總體規(guī)劃感知礦山示范工程是在實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)三個(gè)感知，形成完備的基于自有技術(shù)的礦山物聯(lián)網(wǎng)體系。4.1 感知礦山系統(tǒng)規(guī)劃原則以東升、金宏煤礦為主，預(yù)留到集團(tuán)和到物聯(lián)網(wǎng)中心的信息接口。明確感知礦山應(yīng)用主體，找準(zhǔn)

14、重心，重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)面結(jié)合。充分利用現(xiàn)有資源條件，降低系統(tǒng)應(yīng)用成本?？傮w規(guī)劃要盡量將已有系統(tǒng)的信息孤島進(jìn)行整合，充分利用已有的硬件設(shè)施。感知礦山系統(tǒng)設(shè)計(jì)要本著為需求設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃?？傮w設(shè)計(jì)，分步實(shí)施。總體規(guī)劃要依照感知礦山的需求及遠(yuǎn)期目標(biāo)進(jìn)行，分步實(shí)施要依照資金、人才等資源條件，合理分配項(xiàng)目實(shí)施時(shí)期，循序漸進(jìn)，幸免盲目投入。4.2 感知礦山的三層結(jié)構(gòu)模型圖41 感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型物聯(lián)網(wǎng)是典型的以應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此，基于應(yīng)用目的提出感知礦山物聯(lián)網(wǎng)總體設(shè)計(jì)模型。由于綜合自動(dòng)化及數(shù)字礦山模型在我國(guó)煤礦企業(yè)己經(jīng)有眾多的實(shí)際應(yīng)用，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)該建立在這些己有工作的基礎(chǔ)上，

15、充分借鑒己有的經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)，而不是全盤推翻，另搞一套。因此，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)的模型勢(shì)必與數(shù)字礦山、礦山綜合自動(dòng)化的模型有專門緊密的聯(lián)系。感知礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型如圖41所示，這是一個(gè)三層結(jié)構(gòu)的模型，感知礦山的總體目標(biāo)差不多專門好的體現(xiàn)在模型中。4.3 三層結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)4.3.1 感知與操縱層依照煤礦作業(yè)的特點(diǎn)，本層由兩層網(wǎng)絡(luò)組成，骨干傳輸網(wǎng)和感知層網(wǎng)絡(luò)。（1）骨干網(wǎng)功能與要求：骨干網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)化的煤礦監(jiān)測(cè)與操縱系統(tǒng)、語(yǔ)音信號(hào)及視頻信號(hào)傳輸與治理提供了信息高速公路。在此網(wǎng)絡(luò)上建立了一個(gè)基于統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的多子系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)、語(yǔ)音通信系統(tǒng)和多路工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，在調(diào)度指揮操縱中心監(jiān)控煤礦井上、下安全生產(chǎn)全過(guò)程，并通

16、過(guò)網(wǎng)絡(luò)將其傳輸?shù)矫旱V各科室和局調(diào)度中心。骨干傳輸網(wǎng)與礦山綜合自動(dòng)化骨干傳輸網(wǎng)差不多相同，使用防爆1000M工業(yè)以太網(wǎng)。對(duì)骨干網(wǎng)的總體要求：煤礦各種信息均能融入骨干網(wǎng)進(jìn)行傳輸，即能實(shí)現(xiàn)礦山的三網(wǎng)合一；快速環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)故障重構(gòu)時(shí)刻嚴(yán)格小于300ms；對(duì)各監(jiān)控子系統(tǒng)可建立虛擬專用網(wǎng)，保證各子系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行；系統(tǒng)模塊化具有的熱插拔結(jié)構(gòu)適合煤礦的不間斷生產(chǎn)和維護(hù)、維修的需要；可實(shí)現(xiàn)有效的流量限制，防止廣播風(fēng)暴對(duì)操縱系統(tǒng)造成災(zāi)難；系統(tǒng)統(tǒng)一的編程組態(tài)方式，降低對(duì)煤礦用戶專業(yè)知識(shí)的要求；豐富的網(wǎng)絡(luò)治理和診斷功能，便于故障定位和設(shè)備的維護(hù)和維修。例如：采納西門子網(wǎng)管型Profinet工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，以X系列

17、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)硬件為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)環(huán)形冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為全礦井各生產(chǎn)子系統(tǒng)的綜合傳輸平臺(tái)。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的操縱和監(jiān)視，通過(guò)SNMP查看各種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，包括收/發(fā)的字節(jié)數(shù)、收/發(fā)的幀數(shù)、錯(cuò)誤數(shù)與端口狀態(tài)等，保證服務(wù)質(zhì)量（QoS）、虛擬局域網(wǎng)（VLAN）、端口鏡像、IGMP Snooping、冗余與SNMP等功能的實(shí)現(xiàn)。（2）感知網(wǎng)功能與要求：要緊是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)與安全治理、產(chǎn)品加工與運(yùn)銷、礦山生態(tài)等綜合信息均需要移動(dòng)的感知。引發(fā)礦山事故的災(zāi)難源如瓦斯、礦壓、透水等均散布在尚未開采的地層中，且具有流淌性，開采擾動(dòng)會(huì)造成它們相對(duì)集中，演化為災(zāi)難前兆事件。但隨著開

18、采的進(jìn)行，災(zāi)難源集中的地點(diǎn)、強(qiáng)度、顯示度、危害程度也在不斷的發(fā)生變化，而災(zāi)難事故的產(chǎn)生卻具有突發(fā)性。顯然，無(wú)法用固定的接觸式傳感器直接監(jiān)測(cè)災(zāi)難源，只能通過(guò)對(duì)前兆事件發(fā)生時(shí)通過(guò)地層傳播出來(lái)的物理量（如電磁幅射、聲發(fā)射等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)和識(shí)不、處理，但傳播這些物理量的地層也具有不確定性。需要隨時(shí)能移動(dòng)的無(wú)線分布式感知手段。煤礦生產(chǎn)是移動(dòng)作業(yè)，人員、設(shè)備、車輛等集中在巷道中，隨著煤礦生產(chǎn)的進(jìn)行，這些巷道及設(shè)備位置均處在不斷變化之中，移動(dòng)感知監(jiān)控正是礦山生產(chǎn)的特點(diǎn)。各種無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，如WiFi、Zigbee等是構(gòu)成感知層物與物相聯(lián)的要緊技術(shù)，具有自組網(wǎng)功能的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在這一層起著不可或缺的作

19、用。感知層網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)分段接入骨干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)井下要緊工作區(qū)域的無(wú)線覆蓋或全覆蓋。感知層網(wǎng)絡(luò)除用于各種需要分布式移動(dòng)監(jiān)測(cè)，如礦山災(zāi)難監(jiān)測(cè)、移動(dòng)設(shè)備監(jiān)控外，還用于個(gè)人安全信息的無(wú)線接入，并可擴(kuò)展為移動(dòng)語(yǔ)音及視頻提供傳輸通道。與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相比，感知礦山物聯(lián)網(wǎng)在感知層更多的是分布式感知與操縱，而綜合自動(dòng)化系統(tǒng)更多的是如何將子系統(tǒng)接入骨干網(wǎng)。感知與操縱層要緊實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)與安全過(guò)程中各種傳感與操縱信息的采集與施用。4.3.2 信息集成與MES層信息集成與MES層由兩大部分組成，一是信息集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括調(diào)度指揮操縱中心以太網(wǎng)，互為冗余的I/O服務(wù)器組和數(shù)據(jù)服務(wù)器集群。服務(wù)器集群通過(guò)1000M工業(yè)以太

20、網(wǎng)骨干傳輸，采集全礦生產(chǎn)、安全等全部信息，將信息集成到操縱中心，進(jìn)行各種智能信息處理，如信息融合、信息挖掘等等。服務(wù)器上的重要?dú)v史信息能夠保留一年或更長(zhǎng)時(shí)刻。另一部分是在信息集成基礎(chǔ)上的MES（Manufacturing Execution System），包括在調(diào)度指揮操縱中心以太網(wǎng)上，設(shè)計(jì)多臺(tái)操作員站，操作員站完成對(duì)子系統(tǒng)的監(jiān)控：如綜采工作面監(jiān)控子系統(tǒng)、主運(yùn)輸集控子系統(tǒng)、地面供電監(jiān)控子系統(tǒng)、井下供電監(jiān)控子系統(tǒng)、主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控子系統(tǒng)、安全監(jiān)控子系統(tǒng)等各種子系統(tǒng)的監(jiān)控。以及煤礦生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化治理，依照煤礦生產(chǎn)流程，當(dāng)某個(gè)實(shí)時(shí)事件發(fā)生時(shí)，MES對(duì)此及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)

21、行指導(dǎo)和處理，減少煤礦企業(yè)內(nèi)部沒(méi)有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)作過(guò)程，提高生產(chǎn)力、生產(chǎn)安全性、改善物料的流通性能、又能提高生產(chǎn)回報(bào)率。MES需要與打算層和操縱層進(jìn)行信息交互，通過(guò)企業(yè)的連續(xù)信息流來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息全集成。本層的關(guān)鍵技術(shù)之一是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)平臺(tái)。各種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述形式、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理格式和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)治理方式，便于信息的挖掘和融合。例如，對(duì)礦山進(jìn)行安全運(yùn)行評(píng)價(jià)，需要監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、通風(fēng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、礦壓監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)、地下水位及涌水量的數(shù)據(jù)等等，假如各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)沒(méi)有統(tǒng)一的描述形式和存貯方式，信息挖掘與融合將是一句空話。由于數(shù)字礦山子系統(tǒng)眾多，今后的進(jìn)展需要對(duì)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)

22、進(jìn)行綜合分析和數(shù)據(jù)挖掘，因此，從一開始就利用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)具有海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的能力，利用OLAP聯(lián)機(jī)分析處理和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)大的多維數(shù)據(jù)分析，為實(shí)現(xiàn)決策支持功能提供條件。4.3.3 治理決策與應(yīng)用層治理決策與應(yīng)用層要緊是各種軟件應(yīng)用模塊。礦山及相關(guān)現(xiàn)象的信息在中間層得到提升后，目的是為了利用這些信息去動(dòng)態(tài)詳盡地描述與操縱礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程，保證礦山經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長(zhǎng)，保證礦山自然環(huán)境的生態(tài)穩(wěn)定。治理決策層的各種軟件應(yīng)用模塊確實(shí)是這種目的的具體體現(xiàn)。依照礦山的具體應(yīng)用不同，這些模塊是可增減的。通過(guò)企業(yè)Intranet網(wǎng)絡(luò)，礦山各個(gè)職能部分可實(shí)現(xiàn)更高層次的應(yīng)用。如：礦山安全生產(chǎn)評(píng)價(jià)與監(jiān)管；煤礦災(zāi)

23、難預(yù)警與防治；煤礦供應(yīng)鏈治理；大型設(shè)備故障診斷；礦山資源環(huán)境操縱及評(píng)價(jià)等。4.4感知礦山示范工程建設(shè)內(nèi)容整體項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)是建成一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)（骨干網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)），結(jié)合“六大安全避險(xiǎn)系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)井下工人精確定位、周圍安全環(huán)境感知；使東升、金宏煤礦在采納先進(jìn)的技術(shù)裝備上達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平，實(shí)現(xiàn)井下和地面各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)和大型機(jī)電設(shè)備、供電系統(tǒng)、管網(wǎng)等的監(jiān)控及診斷，即設(shè)備工況感知；使礦井生產(chǎn)安全可靠，有效地預(yù)防和及時(shí)處理各種突發(fā)事故和自然災(zāi)難，即礦山災(zāi)難風(fēng)險(xiǎn)感知；實(shí)現(xiàn)全礦井的各種數(shù)據(jù)采集，使生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng)治理、決策指揮實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、信息化、科學(xué)化。實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)決策、安全生產(chǎn)治理和設(shè)備操

24、縱等信息的有機(jī)集成，達(dá)到減人增效和提高礦井安全水平的目的。4.4.1 示范工程建設(shè)總體內(nèi)容示范工程建設(shè)內(nèi)容包括的幾大方面：系統(tǒng)集成平臺(tái)建設(shè)：建設(shè)全礦井安全、人員、設(shè)備的感知集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全礦井地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，包括集群服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、集成軟件平臺(tái)建設(shè)等。感知礦山網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)：包括井上、井下1000M高速工業(yè)以太網(wǎng)和調(diào)度指揮操縱中心工業(yè)以太網(wǎng)建設(shè)；利用無(wú)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(wú)線自組網(wǎng)系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)人員治理、無(wú)線語(yǔ)音、無(wú)線數(shù)據(jù)、無(wú)線視頻的統(tǒng)一平臺(tái)），保障出現(xiàn)故障或?yàn)?zāi)難情況下通信鏈路的通暢。人員安全環(huán)境感知：集成現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)、人員定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦工對(duì)周圍環(huán)境的主

25、動(dòng)感知、實(shí)現(xiàn)與礦工的雙向信息傳輸。設(shè)備健康狀態(tài)感知：對(duì)井上、井下各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少井下操作人員，對(duì)礦井要緊的生產(chǎn)與輔助系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控（膠帶機(jī)、排水、變電所、通風(fēng)機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房無(wú)人值守，提升系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，少人工作面監(jiān)控）；感知礦山設(shè)備工作健康狀況，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修。礦山災(zāi)難風(fēng)險(xiǎn)感知：包括煤礦災(zāi)難預(yù)警與防治，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策治理等。4.4.2一期工程建設(shè)內(nèi)容系統(tǒng)集成平臺(tái)建設(shè)：建設(shè)全礦井安全、人員、設(shè)備的感知集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全礦井地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，包括集群服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、集成軟件建設(shè)等。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)度指揮操縱中心工業(yè)以太網(wǎng)建設(shè)。感知網(wǎng)建設(shè)：

26、利用無(wú)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(wú)線自組網(wǎng)系統(tǒng)。人員安全環(huán)境感知：新型基于無(wú)線覆蓋的移動(dòng)雙向數(shù)據(jù)信息終端在煤礦井下應(yīng)用。對(duì)井上、井下各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少井下操作人員，對(duì)礦井要緊的生產(chǎn)與輔助系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控（膠帶機(jī)、排水、變電所、通風(fēng)機(jī)房、壓風(fēng)機(jī)房無(wú)人值守，提升系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控）。工業(yè)電視及大屏建設(shè)。4.4.3 二期工程建設(shè)內(nèi)容三維GIS（煤礦安全生產(chǎn)仿真環(huán)境）平臺(tái)建設(shè)：利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和礦井集成監(jiān)控系統(tǒng)，研制一個(gè)用于煤礦安全生產(chǎn)信息綜合治理的軟件系統(tǒng)平臺(tái)。感知礦山設(shè)備工作健康狀況：實(shí)現(xiàn)礦山要緊運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備工況分析、預(yù)知維修。礦山災(zāi)難風(fēng)

27、險(xiǎn)感知：包括煤礦災(zāi)難預(yù)警與防治，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策治理等。對(duì)采煤工作面及掘進(jìn)面的要緊運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備監(jiān)控進(jìn)行攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人或少人工作面。5示范工程集成平臺(tái)建設(shè)5.1硬件平臺(tái)建設(shè)圖5-1 調(diào)度指揮操縱中心設(shè)備布置圖5.2軟件平臺(tái)建設(shè)軟件平臺(tái)確保煤礦所有安全生產(chǎn)、人員、設(shè)備、治理信息等復(fù)雜異構(gòu)信息在一個(gè)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上運(yùn)行，在異構(gòu)條件下進(jìn)行聯(lián)通與共享，能夠使不同功能的應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，協(xié)調(diào)有序運(yùn)行，使各自獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)信息實(shí)現(xiàn)共享。5.2.1功能結(jié)構(gòu)軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的要緊功能有：異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入接口、操縱命令輸出接口、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與存儲(chǔ)、通信狀態(tài)監(jiān)控與報(bào)警、實(shí)時(shí)報(bào)警與預(yù)警、數(shù)據(jù)報(bào)表與曲線。具體功能接口如

28、圖52所示。圖5-2 統(tǒng)一平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)模型（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理。將各種安全生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、人員井下位置信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息、環(huán)境安全實(shí)時(shí)信息等實(shí)時(shí)信息通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能快速存儲(chǔ)。（2）異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接入。將煤礦現(xiàn)有各種系統(tǒng)按照統(tǒng)一協(xié)議規(guī)范，設(shè)計(jì)協(xié)議轉(zhuǎn)換接口。利用現(xiàn)有的具備OPC、ODBC等接口功能的系統(tǒng)，直接將數(shù)據(jù)接入到實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)；關(guān)于非標(biāo)準(zhǔn)接口的系統(tǒng)，按照指定的CVS協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。安全生產(chǎn)及設(shè)備數(shù)據(jù)：具有實(shí)時(shí)值、時(shí)刻、位置，相關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)差不多信息顯示功能，具有關(guān)聯(lián)信息查詢功能；人員信息：具有人員位置、時(shí)刻實(shí)時(shí)顯示功能，具有人員復(fù)雜信息查詢功能；環(huán)境感知

29、數(shù)據(jù)：具有區(qū)域數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值、時(shí)刻顯示功能。（4）數(shù)據(jù)聯(lián)機(jī)分析。依照一段時(shí)刻范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的進(jìn)展趨勢(shì)；綜合人員、環(huán)境、設(shè)備的持續(xù)工作和變化狀態(tài)，通過(guò)引入智能信息處理技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)人員和設(shè)備的健康狀況、工作狀態(tài)，預(yù)測(cè)環(huán)境的安全態(tài)勢(shì)；依照各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域信息、人員信息、設(shè)備信息進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警提示功能。（5）數(shù)據(jù)報(bào)表功能。依照用戶需求提供各種復(fù)雜的查詢，提供跨系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)查詢、篩選、分析功能，按照生產(chǎn)需要提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的統(tǒng)一數(shù)據(jù)報(bào)表打印功能；支持報(bào)表的EXCEL的數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。（6）曲線功能。按照組態(tài)原則繪制實(shí)時(shí)、歷史曲線。（7）智能數(shù)據(jù)決策輔助支持。引出數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘、

30、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在復(fù)雜數(shù)據(jù)環(huán)境中智能搜索符合專門條件的各類數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)本身的內(nèi)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行人員定位、設(shè)備故障、環(huán)境安全的智能分析檢測(cè)，為高層決策提供更客觀全面的技術(shù)支持。（8）通信狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)多系統(tǒng)在接入過(guò)程中的數(shù)據(jù)、通信狀態(tài)。（9）預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)開放接口。5.2.2 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)圖5-3 軟件平臺(tái)模型依照示范工程要求及東升、金宏煤礦實(shí)際，建立軟件平臺(tái)模型并就此展開設(shè)計(jì)規(guī)劃，以確定軟硬件組成。軟件平臺(tái)要緊由5大部分組成：數(shù)據(jù)輸入接口。標(biāo)準(zhǔn)的OPC、ODBC實(shí)現(xiàn)與已有系統(tǒng)銜接；此外制定符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的CVS輸入接口。 數(shù)據(jù)中心。包含工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和商務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)Sql Server兩部分，其中

31、工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)要緊負(fù)責(zé)對(duì)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)操縱實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)壓縮處理。應(yīng)用系統(tǒng)。在建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，構(gòu)建符合不同需求的應(yīng)用服務(wù)。如：生產(chǎn)調(diào)度子系統(tǒng)、GIS與VR子系統(tǒng)、安全信息治理、災(zāi)難預(yù)防與防治、運(yùn)銷治理、材料與設(shè)備治理、辦公自動(dòng)化、人員信息治理、系統(tǒng)安全治理等若干面向應(yīng)用的子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)輸出接口。依照各監(jiān)控系統(tǒng)的反饋操縱需求，按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范，提供標(biāo)準(zhǔn)輸出接口。WEB SERVER。為各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示與操縱提供WEB服務(wù)功能。6感知礦山骨干網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)圖6-1感知礦山網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖圖6-1所示是感知礦山示范工程系統(tǒng)實(shí)施示意圖。依照感知礦山模型的要求，系統(tǒng)由三層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組成。骨干網(wǎng)

32、為1000M工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，以保證系統(tǒng)的高可靠性。假如在使用過(guò)程中存在光纖網(wǎng)絡(luò)某點(diǎn)斷開，網(wǎng)絡(luò)也能照常工作，而且系統(tǒng)能及時(shí)診斷出故障點(diǎn)以便維修。敷設(shè)光纜依照環(huán)網(wǎng)需求和冗余性選用單模阻燃光纜。它理所因此是三網(wǎng)合一的系統(tǒng)，除接入各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)外，將有線IP電話、無(wú)線移動(dòng)電話、人員定位系統(tǒng)、數(shù)字視頻系統(tǒng)都接入網(wǎng)絡(luò)。主干網(wǎng)通過(guò)工業(yè)級(jí)交換機(jī)為全礦地面及井下各個(gè)子系統(tǒng)提供方便靈活的工業(yè)以太網(wǎng)接口。圖6-1中感知層網(wǎng)絡(luò)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，感知層網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)分段接入骨干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)井下要緊工作區(qū)域的無(wú)線覆蓋。感知層網(wǎng)絡(luò)除用于各種需要分布式移動(dòng)監(jiān)測(cè)，如礦山災(zāi)難監(jiān)測(cè)外，還用于個(gè)人安全信息的無(wú)線接入，并可擴(kuò)展為移動(dòng)語(yǔ)音

33、及視頻提供傳輸通道。調(diào)度指揮操縱中心以太網(wǎng)，設(shè)計(jì)互為冗余的I/O服務(wù)器組和數(shù)據(jù)服務(wù)器集群，并設(shè)立相應(yīng)的操作員站。服務(wù)器集群采集全礦生產(chǎn)、安全等全部信息。服務(wù)器上的重要?dú)v史信息能夠保留一年或更長(zhǎng)時(shí)刻。在調(diào)度指揮操縱中心以太網(wǎng)上，設(shè)計(jì)1臺(tái)工程師站，工程師站負(fù)責(zé)全部操縱系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)，工程師站由通過(guò)專門培訓(xùn)過(guò)的工程師操作。在調(diào)度指揮操縱中心以太網(wǎng)上，將設(shè)計(jì)4臺(tái)操作員站，各個(gè)操作員站實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦子系統(tǒng)的操縱，其中操縱信息也由服務(wù)器經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)上相應(yīng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送到被控子系統(tǒng)。地面調(diào)度操縱中心的操作員站完成礦山各系統(tǒng)的監(jiān)控、人員安全感知、設(shè)備健康狀態(tài)感知等。7感知網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)煤礦井下移動(dòng)設(shè)備、人員、及礦山災(zāi)難

34、的分布式監(jiān)測(cè)均需要無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這包括無(wú)線語(yǔ)音、無(wú)線數(shù)據(jù)、無(wú)線視頻等信息的傳輸。其用途包括：設(shè)備工況監(jiān)測(cè)監(jiān)控、災(zāi)難環(huán)境信息監(jiān)測(cè)、人員定位、機(jī)車治理、語(yǔ)音通信、工業(yè)電視等，形成一個(gè)完善的無(wú)線感知平臺(tái)。7.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有體積小、數(shù)量大、布置靈活、不需單獨(dú)供電、不需要專人維護(hù)等特點(diǎn)，將傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于礦山，實(shí)現(xiàn)礦山的完全感知，是利用無(wú)線節(jié)點(diǎn)的多樣性和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣的特點(diǎn)，將礦山的設(shè)備信息、環(huán)境信息、井下人員信息與定位信息及時(shí)地傳輸給地面監(jiān)控中心，不僅能夠擺脫現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)線纜的束縛，還能夠填補(bǔ)現(xiàn)有礦山監(jiān)控系統(tǒng)的諸多漏洞。無(wú)線感知礦山傳感網(wǎng)的設(shè)計(jì)要緊是對(duì)圖4-1中地面和井下骨干網(wǎng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

35、部分進(jìn)行改造，要緊依托千兆骨干環(huán)網(wǎng)布置分支交換機(jī)和無(wú)線基站，利用無(wú)線基站實(shí)現(xiàn)礦井的覆蓋，利用無(wú)線技術(shù)的帶寬高、傳輸速率快以及網(wǎng)絡(luò)可靠性高等特點(diǎn)，為井下視頻、VOIP等技術(shù)的實(shí)現(xiàn)搭建基礎(chǔ)平臺(tái)。設(shè)計(jì)的感知礦山傳感網(wǎng)系統(tǒng)示意圖如圖7-1所示。圖7-1 礦山傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)示意圖井下系統(tǒng)的無(wú)線基站，交換機(jī)均采納本安型產(chǎn)品，井下網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)要緊由光纖和電纜組成。因井下巷道為一狹長(zhǎng)空間，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的匯結(jié)必須通過(guò)礦用本安型以太網(wǎng)延長(zhǎng)器或光纖耦合器進(jìn)行延長(zhǎng)到分支交換機(jī)。每個(gè)分支交換機(jī)可治理6-8個(gè)無(wú)線基站，交換機(jī)再通過(guò)光纖連接到井下的骨干環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中，從而完成井下無(wú)線系統(tǒng)的要緊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；在井上部分，需要為無(wú)

36、線語(yǔ)音平臺(tái)加入語(yǔ)音服務(wù)器、為無(wú)線監(jiān)控平臺(tái)加入治理服務(wù)器、為定位信息提供定位服務(wù)器，以及與Internet相連的web服務(wù)器等，從而完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的治理與信息處理功能。由于無(wú)線基站(AP)選用可支持WIFI（IEEE802.11n）的設(shè)備，井下各種支持WIFI協(xié)議的終端，如身份識(shí)不卡、無(wú)線攝像機(jī)、WIFI手機(jī)等，都能夠通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入到井下骨干網(wǎng)中，各種終端產(chǎn)品的信息也能夠通過(guò)骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄?，由治理服?wù)器對(duì)這些信息進(jìn)行治理和顯示，達(dá)到井下無(wú)線產(chǎn)品綜合監(jiān)控和治理的目的。7.2無(wú)線覆蓋方案設(shè)計(jì)井下無(wú)線系統(tǒng)的搭建要緊是利用本安交換機(jī)、光纖耦合器、本安以太網(wǎng)延長(zhǎng)器以及無(wú)線基站完成整個(gè)礦井的無(wú)線覆蓋。無(wú)

37、線覆蓋工作要緊由無(wú)線基站完成，依照井下環(huán)境布置大量的無(wú)線基站，利用無(wú)線基站的覆蓋范圍來(lái)保證所有無(wú)線終端的信息都能夠被基站所接收，基站與本安交換機(jī)通過(guò)本安以太網(wǎng)延長(zhǎng)器或光纖耦合器，將接收到的終端信息發(fā)送給交換機(jī)，交換機(jī)通過(guò)光纖耦合器接入井下光纖骨干網(wǎng)，從而將終端的信息傳輸給骨干網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而傳輸?shù)降孛嬷笓]中心；假如無(wú)線基站與交換機(jī)距離過(guò)遠(yuǎn)，或者不方便計(jì)入骨干環(huán)網(wǎng)時(shí)，如分支巷道、斜井等環(huán)境，采納總線延長(zhǎng)器或光纖耦合器將無(wú)線基站與骨干網(wǎng)相連；為了節(jié)約有線傳輸資源，基站之間先通過(guò)無(wú)線MESH的方式多跳來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，最終匯接到無(wú)線根基站，再通過(guò)有線資源連接到網(wǎng)絡(luò)。井上部分的設(shè)計(jì)要緊是依照井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所采集數(shù)據(jù)

38、，依照不同的應(yīng)用選擇服務(wù)器，由于我們所設(shè)計(jì)的無(wú)線定位和無(wú)線環(huán)境感知系統(tǒng)構(gòu)成，因此，我們選用無(wú)線定位服務(wù)器和無(wú)線數(shù)據(jù)操縱服務(wù)器通過(guò)核心交換機(jī)接入地面骨干網(wǎng)，完成對(duì)井下系統(tǒng)的治理和操縱，保證信息的實(shí)時(shí)性。無(wú)線覆蓋安裝示意圖無(wú)線覆蓋設(shè)備安裝示意圖如圖7-2所示。圖7-2 井下無(wú)線設(shè)備覆蓋示意圖8人員安全環(huán)境感知煤礦井下個(gè)人周圍安全環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)礦工主動(dòng)式安全監(jiān)測(cè)的方法。個(gè)人安全信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由雙向個(gè)人信息終端、有線與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用治理平臺(tái)組成。結(jié)合現(xiàn)有的電子礦圖實(shí)時(shí)顯示整個(gè)礦井以及各個(gè)盤區(qū)、煤層的人員的數(shù)量和分布；以及指定人員的移動(dòng)路線；可對(duì)指定人員進(jìn)行定位和跟蹤；查詢特定人員在井下的位置。現(xiàn)

39、有煤礦井下人員定位系統(tǒng)實(shí)際是類似于地面使用的巡更系統(tǒng)，即在一些關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置讀卡器，檢測(cè)有哪些人員在什么時(shí)刻到達(dá)過(guò)這些關(guān)鍵位置。煤礦巷道長(zhǎng)而復(fù)雜，既使設(shè)置了較多的讀卡器，仍幸免不了工作人員離線的情況。利用個(gè)人信息終端，實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的人員精確定位系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)人員的定位跟蹤。通信網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用平臺(tái)前面己經(jīng)有過(guò)介紹。圖8-1 個(gè)人信息終端個(gè)人信息終端包括：微操縱器部分、溫度傳感器部分、加速度傳感器部分、瓦斯傳感器部分、液晶顯示及通信電路組成。個(gè)人信息終端采納IEEE802.11b通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與地面的通信。能夠通過(guò)微操縱器本身的MAC地址區(qū)分每臺(tái)個(gè)人信息終端，進(jìn)而確定礦工的身份。個(gè)人信息終端各個(gè)

40、部分的功能如下：（1）個(gè)人信息終端同時(shí)集瓦斯監(jiān)控、溫度監(jiān)控于一身大大降低成本；（2）個(gè)人信息終端實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化，通過(guò)無(wú)線通信方式將各傳感器采集信號(hào)，通過(guò)礦井差不多部署的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向上位機(jī)發(fā)送；（3）個(gè)人信息終端能夠監(jiān)測(cè)到工人的活動(dòng)狀態(tài)，礦難發(fā)生后能夠監(jiān)測(cè)被困人員的生命活動(dòng)跡象；（4）當(dāng)井下出現(xiàn)險(xiǎn)情或者礦工被困時(shí)，個(gè)人信息終端不僅能向上位機(jī)發(fā)送呼救信號(hào)，而且能告知上位機(jī)發(fā)出呼救信號(hào)的類型；（5）個(gè)人信息終端能夠接收調(diào)度室發(fā)送的避災(zāi)路線；（6）個(gè)人信息終端具有精確定位的功能。9要緊系統(tǒng)信息化改造9.1 井下主運(yùn)輸皮帶無(wú)人值守系統(tǒng)依照感知礦山的要求，應(yīng)實(shí)現(xiàn)皮帶系統(tǒng)的自適應(yīng)操縱，依照皮帶負(fù)荷情況，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)

41、皮帶的運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能減排。膠帶機(jī)操縱分站采納PLC，操縱分站完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備操縱、信息傳輸及網(wǎng)絡(luò)通訊。具有集控、就地、檢修等工作方式。PLC有通訊接口模塊，可接入井下1000M工業(yè)以太網(wǎng)，并提供完整的操縱變量表，操縱系統(tǒng)能夠在線診斷，同時(shí)其操縱程序可在地面主機(jī)在線下載。安全愛(ài)護(hù)系統(tǒng)具有膠帶機(jī)打滑、堆煤、滿倉(cāng)、煤位、超溫灑水、煙霧、溫度、沿線急停、跑偏、斷帶、撕裂和語(yǔ)音系統(tǒng)等多種愛(ài)護(hù)和裝置。智能跑偏/拉線愛(ài)護(hù)：對(duì)膠帶機(jī)運(yùn)行當(dāng)中的跑偏故障進(jìn)行愛(ài)護(hù)和沿線出現(xiàn)緊急情況時(shí)進(jìn)行緊急停車。由于選用的智能跑偏/拉線開關(guān)，在操縱臺(tái)上能夠監(jiān)視到智能跑偏/拉線開關(guān)的動(dòng)作位置，以便及時(shí)發(fā)覺(jué)故障地點(diǎn)，進(jìn)行處

42、理，恢復(fù)生產(chǎn)。堆煤愛(ài)護(hù)：監(jiān)測(cè)上煤點(diǎn)是否堵塞，出現(xiàn)故障能操縱膠帶機(jī)緊急停車。煙霧愛(ài)護(hù)：監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)部因機(jī)械摩擦產(chǎn)生的煙霧，并能提供信號(hào)操縱膠帶機(jī)緊急停車。超溫灑水愛(ài)護(hù)：對(duì)驅(qū)動(dòng)部發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行停車，灑水愛(ài)護(hù)。打滑愛(ài)護(hù)：膠帶機(jī)上安裝測(cè)速傳感器，連續(xù)監(jiān)測(cè)膠帶機(jī)的速度，并提供打滑愛(ài)護(hù)信號(hào)。煤位監(jiān)測(cè)：通過(guò)監(jiān)測(cè)傳感器能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)煤倉(cāng)的煤位信號(hào)。溫度愛(ài)護(hù)：通過(guò)設(shè)置在電機(jī)上的溫度傳感器能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度，并提供溫度超限報(bào)警。斷帶愛(ài)護(hù)：通過(guò)斷帶愛(ài)護(hù)傳感器監(jiān)測(cè)膠帶是否斷裂，并能提供信號(hào)操縱膠帶機(jī)緊急停車。撕裂愛(ài)護(hù)：通過(guò)縱撕愛(ài)護(hù)傳感器監(jiān)測(cè)膠帶是否縱向撕裂，并能提供信號(hào)操縱膠帶機(jī)緊急停車。膠帶機(jī)語(yǔ)音電話系統(tǒng)：在膠帶機(jī)沿線單

43、獨(dú)設(shè)有一路電話系統(tǒng)進(jìn)行通話聯(lián)絡(luò)。9.2 井下排水安全系統(tǒng)采納PLC操縱技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的傳感器檢測(cè)技術(shù)，并改造泵房傳統(tǒng)的手動(dòng)操作設(shè)備為電動(dòng)，使得泵房達(dá)到無(wú)人值守智能操縱的要求。通過(guò)建立排水操縱模型，綜合水倉(cāng)水位、涌水速度、排水能力、管路效率、供電峰谷段時(shí)刻劃分、電網(wǎng)日負(fù)荷變化曲線等情況，能合理調(diào)度水泵起停運(yùn)行，即可省運(yùn)行費(fèi)用，也能減小電網(wǎng)的承受能力和對(duì)其他設(shè)備的阻礙。系統(tǒng)具備就地手動(dòng)/遠(yuǎn)方手動(dòng)/自動(dòng)等運(yùn)行方式，操縱方便、靈活。自動(dòng)操縱（遠(yuǎn)動(dòng)、程控）功能：依照工況設(shè)定，以及時(shí)刻、水位、煤礦用電負(fù)荷等參數(shù)自動(dòng)開啟、停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。手動(dòng)操縱功能：依照實(shí)際需要也能夠從自動(dòng)

44、操縱方式切換到手動(dòng)操縱方式，此方式下操作人員可在分站上人工手動(dòng)操縱。單機(jī)自動(dòng)操縱：地面監(jiān)控主機(jī)將工作方式切轉(zhuǎn)到單機(jī)自動(dòng)時(shí)，可在地面監(jiān)控主機(jī)上單獨(dú)操縱系統(tǒng)中的各設(shè)備，現(xiàn)在各分站仍處于自動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)愛(ài)護(hù)信號(hào)動(dòng)作時(shí)仍報(bào)警停機(jī)。自動(dòng)、手動(dòng)、單機(jī)操作模式之間能實(shí)現(xiàn)不停機(jī)切換。就地手動(dòng)操縱可直接在開關(guān)柜上人工手動(dòng)操縱。此方式要緊用于設(shè)備檢修時(shí)。（1）具有計(jì)量/時(shí)刻/運(yùn)行統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)具有計(jì)量/時(shí)刻/運(yùn)行統(tǒng)計(jì)的功能。（2）能操縱各泵輪流工作，使每臺(tái)磨損程度均等，同時(shí)依照流量和功率分析水泵的效率，實(shí)現(xiàn)高效率泵優(yōu)先運(yùn)行的機(jī)制，達(dá)到節(jié)能目的，同時(shí)為水泵的維護(hù)保養(yǎng)提供科學(xué)依據(jù)。（3）能檢測(cè)水泵及其電機(jī)的工作參數(shù)。如：水泵

45、流量、出口壓力、軸溫、電機(jī)定子溫度及軸溫、電機(jī)電流和功率等。（4）能實(shí)現(xiàn)防水閘門的自動(dòng)化操縱。（5）具有故障報(bào)警、自動(dòng)愛(ài)護(hù)等功能。（6）能通過(guò)接口向上傳送數(shù)據(jù)，對(duì)全礦井涌水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，依照全礦井供電負(fù)荷調(diào)整要求，按預(yù)定的工作程序進(jìn)行定期排水，實(shí)現(xiàn)礦井排水優(yōu)化操縱。并依照水倉(cāng)水位情況自動(dòng)操縱排水泵的開停，達(dá)到節(jié)能的效果。（7）具有組網(wǎng)功能。通過(guò)PLC提供的以太網(wǎng)接口接入全礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)水泵開停、水倉(cāng)水位等工礦參數(shù)全礦井共享；水泵主電機(jī)開停實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控。（8）能實(shí)現(xiàn)水泵房的聯(lián)合操縱，使得排水系統(tǒng)運(yùn)行效率最高、安全系數(shù)最高。并具備災(zāi)難運(yùn)行模式，具備透水、冒頂?shù)葹?zāi)難的自動(dòng)處理預(yù)案，最大限

46、度降低災(zāi)難損失。（9）能達(dá)到水泵房達(dá)到無(wú)人（或少人）值守，定期巡視的要求。（10）能實(shí)現(xiàn)與高壓柜綜保裝置的通訊，操縱系統(tǒng)與綜保通訊，并可對(duì)遙信和遙測(cè)量進(jìn)行處理，但與水泵相關(guān)的供電回路的分合操縱仍以硬件接線為主。（11）能實(shí)現(xiàn)模擬量檢測(cè)和開關(guān)量檢測(cè)。模擬量檢測(cè)要緊完成對(duì)監(jiān)控需要的模擬量的采集和處理，并送入PLC。要緊包括以下幾類傳感器：水倉(cāng)水位傳感變送器；流量傳感器；壓力傳感變送器；負(fù)壓傳感變送器；溫度巡檢儀及傳感器；電機(jī)及水泵振動(dòng)傳感器。開關(guān)量檢測(cè)要緊是將液壓閘閥、電動(dòng)球閥、高壓柜等的工作狀態(tài)與啟閉位置等開關(guān)量信號(hào)接入PLC，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。自動(dòng)操縱系統(tǒng)通過(guò)高、低壓柜接觸器輔助觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)接

47、觸器觸點(diǎn)狀態(tài)。系統(tǒng)采集與檢測(cè)的數(shù)據(jù)：模擬量為電機(jī)電流、電機(jī)溫度、水泵軸溫、閘閥開度、出水口壓力、水倉(cāng)水位、主排水管流量、真空度；數(shù)字量有：電動(dòng)閘閥的開關(guān)限位、電磁閥狀態(tài)、電機(jī)運(yùn)行返回、電機(jī)故障點(diǎn)、電動(dòng)閥的工作狀態(tài)與開關(guān)限位、射流泵工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集要緊由PLC實(shí)現(xiàn)，PLC通過(guò)超聲波水位計(jì)連續(xù)檢測(cè)汲水小井水位，將水位變化信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計(jì)算出單位時(shí)刻內(nèi)不同水位段水位的上升速率，從而推斷礦井的涌水量，自動(dòng)投入或退出水泵。電機(jī)電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水管流量等傳感器，要緊用于監(jiān)測(cè)水泵、電機(jī)的運(yùn)行狀況，溫度超限報(bào)警。PLC采集各種系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備狀態(tài)的開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行處理，操縱每個(gè)水泵系統(tǒng)的啟停。9

48、.3供電無(wú)人值守系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有礦井供電監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，增設(shè)微機(jī)綜保單元，通過(guò)礦井1000M工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)供電無(wú)人職守。具體功能如下：系統(tǒng)設(shè)就地手動(dòng)操縱、現(xiàn)場(chǎng)集中操縱和遠(yuǎn)程遙控三種操縱方式，在三種中的任一處操作時(shí)，其他各種的相應(yīng)操作均被閉鎖；完成狀態(tài)及參數(shù)（電壓、電流、功率（有功、無(wú)功）、功率因數(shù)、電度等）的分散采集與集中分析，區(qū)分各種故障類型，如過(guò)流、速斷、小電流接地與跳閘回路斷線等；常規(guī)愛(ài)護(hù)功能：過(guò)流、過(guò)載、短路、漏電等；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理；電壓、電流的運(yùn)行曲線；事件順序記錄和事故追憶；報(bào)警；顯示；報(bào)表；人機(jī)聯(lián)系及系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)等。9.4通風(fēng)機(jī)房無(wú)人值守系統(tǒng)結(jié)合示范煤礦通風(fēng)機(jī)房的具體情況，

49、增設(shè)PLC以及相應(yīng)傳感器實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房無(wú)人職守，具體功能如下：利用高精度的差壓、負(fù)壓傳感器，依靠PLC高速的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的準(zhǔn)確計(jì)算；具備就地手動(dòng)/遠(yuǎn)方手動(dòng)/自動(dòng)等運(yùn)行方式，操縱方便、靈活；實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無(wú)人值守操縱及運(yùn)行參數(shù)（風(fēng)量、負(fù)壓、電流、電壓、振動(dòng)、溫度等）的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的分級(jí)操縱，解決風(fēng)機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程操縱與就地操縱的沖突問(wèn)題；現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的風(fēng)門開啟、關(guān)閉與風(fēng)機(jī)運(yùn)行的邏輯閉鎖功能，防止各種誤操作的發(fā)生；采納高可靠性的上位機(jī)組態(tài)軟件和抗干擾性強(qiáng)的工控機(jī)系統(tǒng)及不間斷電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程故障診斷功能；實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)記錄、故障報(bào)警及報(bào)表打印功能；采納變頻操縱應(yīng)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)

50、機(jī)的節(jié)能運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的“一鍵式啟動(dòng)”、“故障風(fēng)機(jī)自動(dòng)化切換”、“自動(dòng)反風(fēng)”、“瓦斯聯(lián)動(dòng)風(fēng)量自動(dòng)調(diào)整”等功能；顯示報(bào)警功能：故障報(bào)警顯示。9.5壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)增設(shè)主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸，通過(guò)礦井1000M工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房無(wú)人職守。壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)所監(jiān)控的內(nèi)容有：壓風(fēng)機(jī)排氣壓力、管線壓力、噴油壓力、油過(guò)濾器壓力。壓風(fēng)機(jī)排氣溫度、分離器罐排氣溫度、噴油溫度?？諝鉃V清器壓差報(bào)警。壓風(fēng)機(jī)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)刻、事故狀態(tài)信息。壓風(fēng)機(jī)電機(jī)電流、電壓、功率因數(shù)。9.6提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合示范煤礦提升機(jī)操縱系統(tǒng)的具體情況，在提升機(jī)房增設(shè)主控器以及相應(yīng)傳感器，通過(guò)礦井1000M工業(yè)以太

51、網(wǎng)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。針對(duì)裝卸載系統(tǒng)，分不增設(shè)裝載站PLC系統(tǒng)和卸載站PLC系統(tǒng)以及相應(yīng)傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝卸載系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)示意圖如下所示：副井提升機(jī)狀態(tài)及操縱信號(hào)副井提升機(jī)狀態(tài)及操縱信號(hào)裝卸載系統(tǒng)狀態(tài)及操縱信號(hào)主井提升機(jī)狀態(tài)及操縱信號(hào)調(diào)度指揮中心能夠通過(guò)總體網(wǎng)絡(luò)在調(diào)度室監(jiān)測(cè)主、副井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在工作站上進(jìn)行工況的顯示。系統(tǒng)具有語(yǔ)音、圖像以及報(bào)警功能，能夠訪問(wèn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)查閱系統(tǒng)工作情況等。通過(guò)上位機(jī)能夠完成對(duì)主付井、儲(chǔ)裝運(yùn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。9.7其他監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)于瓦斯投放泵站、風(fēng)選機(jī)房、供暖系統(tǒng)，依照實(shí)際情況增設(shè)PLC操縱器、傳感器，或直接接入1000M環(huán)網(wǎng)，或增設(shè)傳感器和攝像頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)與操縱。

52、10液晶拼接顯示及工業(yè)電視系統(tǒng)10.1 LFD拼接系統(tǒng)組成三星超窄邊DID液晶拼接屏進(jìn)行大屏系統(tǒng)建設(shè)(1) 視頻圖像顯示、操縱、調(diào)用的集成通過(guò)大屏幕組合顯示操縱器與視頻切換矩陣系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)任意攝像機(jī)視頻信號(hào)以視頻窗口的形式在信息化室墻上顯示出來(lái)；通過(guò)大屏幕顯示單元操縱軟件與視頻切換矩陣系統(tǒng)的集成實(shí)現(xiàn)任意攝像機(jī)在任意單屏上的顯示，能夠設(shè)置顯示預(yù)案。 (2) 系統(tǒng)集成操縱功能直觀、圖形化的全中文集成操作界面：在統(tǒng)一的圖形操作界面下，通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作，便能夠完成對(duì)集成系統(tǒng)中各項(xiàng)參數(shù)、預(yù)案的設(shè)置、調(diào)用，用戶只需要關(guān)懷最終的顯示效果，而無(wú)須關(guān)懷中間的視頻切換過(guò)程、顯示單元切換過(guò)程等繁雜的工作。預(yù)案設(shè)

53、置、調(diào)用功能：不管是視頻信號(hào)、依舊計(jì)算機(jī)信號(hào)，都能夠預(yù)先設(shè)置、存儲(chǔ)、調(diào)用顯示預(yù)案，所有工作都在同一個(gè)圖形操縱界面下完成。圖形處理器能夠講是本系統(tǒng)的一個(gè)核心，在屏幕上要達(dá)到的跨屏顯示、任意開/關(guān)視頻窗口、任意操縱視頻窗口的大小等功能差不多上需要它來(lái)實(shí)現(xiàn)的。10.2基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)字工業(yè)電視系統(tǒng)隨著傳輸技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，數(shù)字化的視頻傳輸應(yīng)用得到廣泛普及，在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中引入數(shù)字化遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)也是大趨勢(shì)。數(shù)字工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)滿足以下關(guān)鍵功能需求：視頻監(jiān)控設(shè)備滿足煤礦防爆、隔爆等級(jí)要求。系統(tǒng)基于電子地圖（GIS）技術(shù)，具有井下動(dòng)態(tài)定位監(jiān)測(cè)、治理和搜救下井人員的獨(dú)到功能。系統(tǒng)采納B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模

54、式，基于IE掃瞄，統(tǒng)一應(yīng)用平臺(tái)。可在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的任何一臺(tái)工作終端上，經(jīng)授權(quán)認(rèn)證后，以人機(jī)對(duì)話方式對(duì)礦井上下區(qū)域的視頻系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行視頻圖像查詢掃瞄、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、監(jiān)測(cè)和操縱，便于本企業(yè)信息共享、聯(lián)網(wǎng)集約監(jiān)控治理和對(duì)上級(jí)機(jī)關(guān)的視頻信息聯(lián)網(wǎng)上傳。系統(tǒng)具有高頻寬帶多路并發(fā)傳輸操縱功能，具有將井下一路或多路視頻信號(hào)進(jìn)行圖像無(wú)損并發(fā)實(shí)時(shí)傳輸、遠(yuǎn)程預(yù)覽和錄像的獨(dú)到寬帶視頻效果。系統(tǒng)能夠通過(guò)前端設(shè)備連接報(bào)警探頭，能夠?qū)崟r(shí)采集、傳輸報(bào)警探頭的變化信息和自動(dòng)報(bào)警信息，達(dá)到能夠隨時(shí)跟進(jìn)采掘面現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控的最佳目的。能夠?qū)崿F(xiàn)各級(jí)部門聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，指揮終端、中心操縱室以及上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)終端可通過(guò)語(yǔ)音對(duì)講對(duì)煤礦開采企業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮

55、。系統(tǒng)具有易安裝性和易維護(hù)性。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，界面簡(jiǎn)潔，功能直觀明確。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)日期和時(shí)鐘視頻疊加功能：對(duì)礦井全程視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)日期和時(shí)鐘預(yù)覽和錄像，保證采礦過(guò)程的完整性和真實(shí)性。其日期和時(shí)鐘顯示位置可依照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景進(jìn)行位置調(diào)整。系統(tǒng)具有單畫面、多畫面和全屏等多種顯示方式，預(yù)覽顯示畫面在多畫面顯示方式下，其顯示位置可進(jìn)行人為調(diào)整。系統(tǒng)具有錄像效果調(diào)節(jié)功能、網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，保證其圖像在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上都能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。系統(tǒng)具有音、視頻實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)掃瞄功能，每路圖像可同意多個(gè)網(wǎng)絡(luò)客戶端同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)掃瞄。系統(tǒng)具有錄像資料轉(zhuǎn)制DVD/VCD光盤存儲(chǔ)功能，便于資料的保存和資料批閱的便捷。系統(tǒng)具有對(duì)剩余硬盤空間

56、顯示和容量不足警示功能，提供線性和循環(huán)錄像兩種模式。系統(tǒng)具有客戶端對(duì)錄像資料的檢索、治理和回放。系統(tǒng)具有通過(guò)有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)與礦井監(jiān)控中心工作人員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)會(huì)話的功能，從而保障指揮的有效性和實(shí)時(shí)性。11二期工程建設(shè)11.1煤礦安全生產(chǎn)仿真平臺(tái)二期工程利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等將與煤礦有關(guān)的安全和生產(chǎn)信息集成到統(tǒng)一的平臺(tái)上。將地理信息系統(tǒng)完善的地圖定位、信息檢索、專題制圖及各種統(tǒng)計(jì)分析功能結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)逼確實(shí)安全生產(chǎn)狀況的顯示，實(shí)現(xiàn)煤礦可視化的安全生產(chǎn)調(diào)度，隨時(shí)了解煤礦的安全生產(chǎn)情況，有效提高監(jiān)管部門的工作效率。通過(guò)系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，為煤礦企業(yè)建立起從上到下、從部分到

57、整體、從局部到全部的一套完整的安全生產(chǎn)治理體系，達(dá)到“分散治理、集中監(jiān)控”的建設(shè)目標(biāo)，為“數(shù)字礦山”建設(shè)建立基礎(chǔ)框架。要緊功能包括：1）基礎(chǔ)層（1）地理數(shù)據(jù)治理分不按時(shí)刻維、空間維、基礎(chǔ)任務(wù)維治理安全生產(chǎn)相關(guān)的人員、設(shè)備與環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)提供統(tǒng)一、靈活、方便的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)功能。（2）計(jì)算組件治理治理安全生產(chǎn)相關(guān)的功能組件，如定位算法、最佳路徑算法、災(zāi)難預(yù)警等。通過(guò)利用這些組件，可快速構(gòu)建更復(fù)雜的應(yīng)用程序。（3）界面組件治理由于系統(tǒng)的應(yīng)用需求不斷變化，系統(tǒng)為用戶提供界面定制的功能。界面組件治理功能包括二維礦圖、三維礦圖、設(shè)備圖形及圖例、常用功能菜單與按鈕等，能夠依照用戶的應(yīng)用需求，生成適合

58、的應(yīng)用程序界面，并配合計(jì)算組件治理功能，生成完整的應(yīng)用程序。2）應(yīng)用層（1）按時(shí)刻、空間區(qū)間查詢安全生產(chǎn)狀況讓用戶快速?gòu)牡V井三維GIS中了解當(dāng)前礦井安全生產(chǎn)的總體狀況。能通過(guò)三維視圖直觀地了解礦井的生產(chǎn)狀態(tài)（各回采工作面的位置、各掘進(jìn)工作面的位置），并能按時(shí)刻區(qū)間查詢過(guò)去任一時(shí)期礦井的總體狀況。 系統(tǒng)能夠三維顯示礦井各生產(chǎn)系統(tǒng)（通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、安全線路、排水、供電系統(tǒng)）的線路及其運(yùn)行方向，例如，通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)方向及路線。（2）調(diào)度指揮信息可視化三維礦圖與礦井井下的實(shí)際場(chǎng)景一致，安全監(jiān)測(cè)的測(cè)點(diǎn)及設(shè)備直接在三維礦井視圖中標(biāo)出，同時(shí)隨生產(chǎn)的進(jìn)展，自動(dòng)更新采掘工程三維圖形。因此，實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)

59、測(cè)與生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)顯示，特不適合安全生產(chǎn)的調(diào)度指揮。11.2礦山設(shè)備工作健康狀況感知設(shè)備工況狀態(tài)感知在示范工程一期完成的情況下，在二期項(xiàng)目中對(duì)煤礦井下重要生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行健康狀態(tài)感知及信息處理。11.2.1基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集與提取系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是由一種由眾多分布的具有感知、計(jì)算和通信能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)相互之間的分工協(xié)作，可實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測(cè)和采集分布區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)對(duì)象或周圍環(huán)境的信息，并傳送給觀看者。在工業(yè)生產(chǎn)，尤其是煤礦中，機(jī)電設(shè)備分布范圍可能較廣，所需監(jiān)測(cè)信號(hào)較多，可采納傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并利用傳感器

60、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)高速以太網(wǎng)以及集團(tuán)網(wǎng)，將采集到的信號(hào)預(yù)處理（降噪等）之后傳送到各級(jí)監(jiān)控中心。（1）研制傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái)，并與相應(yīng)傳感器連接，如溫度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等，滿足煤礦井上井下的安全要求，硬件平臺(tái)可實(shí)時(shí)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行降噪處理；（2）將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安裝于需采集信號(hào)處，并選取合適傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)并傳輸數(shù)據(jù)；（3）信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)包括三層：底層若干傳感器子網(wǎng)，直接用于一定空間范圍內(nèi)機(jī)電設(shè)備信號(hào)采集與子網(wǎng)內(nèi)傳輸，傳感器子網(wǎng)中包含高速以太網(wǎng)接入點(diǎn)；第二層為現(xiàn)場(chǎng)高速以太網(wǎng)，用于連接傳感器子網(wǎng)與監(jiān)控中心，具備高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸能力；第三層為集團(tuán)網(wǎng)，可連接各監(jiān)控中心，