基于物联网的矿山智能化管理系统

基于物联网的矿山智能化管理系统

摘要：矿山的管理情况直接影响矿山的生产效率、矿山的经济效益。本文通过智能化管理系统设计、物联网矿山智能化管理系统的实现，完成了基于物联网的矿山智能化管理系统的设计。基于物联网的矿山智能化管理系统大大提高了矿山设备的工作效率，降低了安全事故的发生几率，全面提高了矿山的经济效益。

关键词：物联网、矿山、智能化、管理系统

1物联网的概念

物联网是将智能感知、识别技术和普适计算等通信感知技术应用于网络融合中，形成物物相连的智慧网络。物联网核心的四大技术基础是传感网络技术、物对物的信息交换技术（M2M）、两化融合技术和传感技术（RFID）。物联网基本架构可分为三层：感知层、网络层和应用层。

基于物联网的智能矿山建设是将地质地理、采矿生产、安全监测、产品运输和生态环境等信息紧密联系起来，形成人与物、物与物全面联系的矿山网络，确保整个矿山的智能、安全、高效、绿色。

2智能矿山建设现状

随着我国煤炭产业的高速发展和国家对两化融合的要求，各煤矿的自动化、信息化水平得到提高，矿井安全避险六大系统已基本建成，但还存在一些问题，例如：①各系统之间的信息融合程度较低，智能化水平不高；②各系统的建设缺乏整体性规划，没有统一的标准和规范；③对采集的大量数据资源缺乏有效利用；④没有实现矿井生产的透明化管理。例如：平顶山天安煤业股份有限公司八矿在国内率先建设了井上下千兆环网，以及工业电视系统、办公自动化系统和单机自动化系统，部分子系统实现了PLC远程控制，但各子系统之间相互独立，无法实现统一的智能监控。

3物联网矿山智能化管理系统的实现

基于系统功能模块设计，依托系统状态感知模块设计，完成了智能化管理系统设计。针对矿山管理的实际情况，利用物联网技术实现对矿山的智能化管理。

3.1基于物联网技术搭建系统应用层

在矿山智能化管理系统中，监测到的数据可以在设备的工作平台上显示，还可以通过应用层服务器将数据以网络形式发送到相关管理平台。

应用层连接服务器通过交换机进行数据转换，读取设备运行数据，进行数据分析，其中数据集成层是依托矿山管理对象访问协议(Mine management object access protocol，MOAP)实现对各个设备的型号、折旧情况、维修维护记录。数据接口层是将数据集成层中的数据进行读取。数据表现层通过将数据接口层获取的数据进行展示，实现数据流通，从而使得管理人员知悉管理系统中的数据信息。

3.2管理系统中数据显示的实现

基于物联网技术对软件应用层进行搭建，还要应用算法对数据进行处理，使其在基于物联网的矿山智能化管理系统中得以显现。

虚拟仪器是各个设备状态监控的最佳选择。利用图形化编程软件结合模块化、开放的硬件以及虚拟仪器（LabVIEW），对设计的物联网智能矿山管理系统中，所获得的温度监测数据、声学监测数据、振动监测数据进行重新编辑，大大减少了智能化管理系统的运行时间。应用虚拟仪器还可以提供各个设备的状态监控（MCM）信息，包括监测到的设备应用演示、工作Demo程序等。因此，利用LabVIEW软件作为实现管理系统中数据显示的上位开发软件，结合各个设备的状态监控信息，利用上位程序对数据进行清理、处理，将数据以图片、动画、表格文字等方式显示出来。最终完成基于物联网的矿山智能化管理系统的设计。

4基于物联网的智能矿山设计方案

4.1智能矿山管控平台设计

4.1.1煤矿安全生产工况监测一张图系统

对煤矿安全生产数据进行统一收集，分系统进行展示，包括生产工况系统图、采掘工况系统图、运输工况系统图、安全监测工况系统图、排水工况系统图和大型设备在线监测系统图。通过人机交互方式，实时查看各系统详细的实时工况，包括运行、报警和故障等。

4.1.2三维可视化管控平台。基于C/S和B/S架构，利用三维可视化技术全面构建煤矿的采煤、掘进、机电、运输、通风、安全各专业子系统仿真模拟系统，使用户在任何地方都可以实现轻松快捷的三维交互式体验，以独特的场景视角展现地貌特征、地层、井下场景的关系等。

4.2基础设施平台设计

该平台包括工业网络、数据集控中心和调度控制中心三大模块，部分内容如下。

4.2.1工业网络建设。对现有工业网络实现万兆升级，为后期自动化系统的建设和网络高清视频的扩展提供快速稳定的网络传输平台；建设TD-LTE无线专网（4G通讯），实现井上下、矿内外的移动通信。

4.2.2云存储和数据挖掘。建设服务器集群，将煤矿日常生产经营产生的结构化、半结构化和非结构化数据统一进行云端存储，依托云计算的分布式处理、数据库、虚拟化等技术，实现对海量数据的分布式挖掘。

4.2.3区域集控中心建设。建设几个采区区域集控中心，把皮带、变电所、水仓、轨道运输、风水瓦斯等数据集中到采区区域控制中心，并进行远程监测与控制，实现调度下移。

4.3智能综合自动化平台设计

该平台包括原煤生产、生产辅助和安全监控三大模块。其中，原煤生产包括综采自动化系统、井下皮带集群自动化系统、计量系统、主井提升自动化系统、地面储装运自动化系统和选煤厂监控系统；生产辅助包括主通风机系统、压风系统、副井提升系统、主排水系统、锅炉房监控系统、轨道运输信集闭系统、斜巷运输系统、架空乘人运输监控系统、局部通风机自动化系统和矿井供电监控系统；安全监控包括瓦斯抽放系统、煤矿顶板管理系统、工业电视系统、煤矿井下人员及矿车定位系统、火灾防尘检测系统、五合一应急广播系统、矿区安防系统和皮带光纤在线监测系统。

4.4智能管理信息化平台设计

该平台包括安全管理、生产管理、经营管理、图纸管理和协同办公五大模块，部分内容如下。

4.4.1生产管理。生产管理包括生产计划管理系统、生产调度管理系统和作业规程管理系统，实现煤矿生产调度、安全监测、生产运行等信息集中监控，全面反映矿井生产、安全、经营状况。

4.4.2经营管理。经营管理包括人力资源管理系统、能源管理系统、物资管理系统和设备管理系统，实现企业的报表统计、多维分析，为管理人员提供准确、实时的统计分析数据和决策支持信息，并指导企业进行经营管理。

4.4.3图纸管理。图纸管理系统是基于煤矿地理信息系统以统一格式、统一数据库在“一张图”上实现生产矿井图纸的管理，包括采掘工程平面图、井上下对照图、巷道布置图、矿井水文地质图、通风系统图、井下运输系统图、安全监测装备布置图、管理系统图、井下通信系统图、井上下配电系统图、井下避灾路线图和矿井瓦斯抽放系统图。不同专业的工作人员能对同一张图上各自的专题内容进行在线处理和协同工作，达到生产信息与基础图形的高度融合，提高矿井管理层的综合分析能力和应急响应速度。

结束语：近年来，国内一些矿井虽然进行了数字化改造，但还停留在单机自动化、信息化阶段，没有实现信息融合，未达到智能化水平。目前，关于物联网智能矿山建设的实际例子较少，因此，将物联网技术应用于煤矿生产实际，对提高矿山的智能化水平和企业竞争力都具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]徐伟.梅山铁矿智能生产管控物联网应用系统研究与实现[J].金属矿山,2016,V45(11):137-142.

［2］张科利，任长忠.基于物联网的智慧矿山的智能生产系统展望［J］.中国矿业，2012（8）：76-79.