物联网矿山工程方案样本.doc

感知矿山（物联网）示范工程

设计方案

中华人民共和国矿业大学感知矿山研发中心
徐州市物联网产业研发中心
二Ｏ一一年一月

1 项目概述
1.1物联网基本概念
物联网概念有许多，温家宝总理政府工作报告附录中给出物联网解释比较具备权威性。中华人民共和国物联网专家委员会主任委员邬贺铨院士对这个物联网概念又进一步做了修正：“物联网是指通过信息传感设备，按照商定合同，把需要联网物品与网络连接起来，进行信息互换和通讯，以实现智能化辨认、定位、跟踪监控和管理一种网络，它是在网络基本上延伸和扩展应用”。
这个概念不特意指明国际互联网，明确提出是需要联网物体，同步强调物联网是网络延伸和扩展应用。这就非常清晰地将行业应用涵盖在物联网内，更为适合当前物联网发展。感知矿山物联网重要就是根据这个概念来进行设计和规划。
1.2国内煤矿生产现状
煤炭是国内重要能源，当前在国内能源生产和消费中，煤炭约占73％。据专家预测，到2050年煤炭仍会占中华人民共和国能源消费50%以上，煤炭作为重要能源地位将会在相称长历史时期中不会变化。
国内煤炭资源丰富，劳动力便宜，在国际市场竞争中本应占有优势，但由于国内煤炭储存条件复杂，煤矿自动化水平低，井下用人多，生产安全监控系统采用技术比较落后，功能单一，再加上管理等因素，使得生产成本高，安全形势不容乐观。全国煤矿事故死亡人数居高不下，百万吨死亡率大大高于世界重要产煤国家平均水平，严重影响了煤炭工业可持续发展和社会稳定。
随着国家对矿山安全注重限度不断加强，矿山公司在各种安全、生产监控系统方面投入逐年加大，对保证矿山安全和正常生产起到了重要作用。但是在当前装备和技术水平下，无法根除各种安全隐患，矿山灾害时有发生。
既有安全生产监测监控系统，由于生产厂商和系统建设时期不同，各个系统之间没有统一通信合同和接入技术，系统之间数据构造差别很大，呈现多源性和异构性。
由于矿山开采对象——矿床是分布于三维地理空间、并随着开采进程不断变化着地质实体，矿山安全生产一切过程都离不开三维空间，无论是矿层、构造等地质实体，还是纵横交错井下巷道系统和各种监测监控信息都具备空间属性。不但如此，矿山生产活动又是始终处在一种随时间动态变化复杂系统之中，因此反映其实际状态各种数据，如果得不到有效集成，就只能形成彼此隔离“信息孤岛”，同步探测同一地质实体多数系统只能对其采集到原始数据进行简朴转换、存储、显示和打印，而面向同一地质实体同步探测到多源信息往往得不到有效地综合运用，更谈不上有效地为煤矿安全提供决策根据。
随着开采深度加大和赋存地质条件恶化，使得深部煤炭开采力学环境、岩体组织构造、基本力学行为特性和工程响应与浅部明显不同，导致冲击矿压、顶板大面积来压和采空区失稳等动力灾害事故明显增长，已对深部煤炭资源安全开采导致严重威胁。在重大灾害预测方面，缺少实时、在线、持续监测预警装备。
“物联网”概念问世，打破了之前老式思维。过去思路始终是将物理基本设施和信息基本设施分开。对煤矿安全生产而言，在“物联网”时代，瓦斯、CO等各类传感器、电缆、电气机械设备、钢筋混凝土等等，所有这些将与芯片、宽带整合为统一基本设施，基于物联网络可以对煤矿复杂环境下生产系统内人员、机器、设备和基本设施实行更加实时有效协同管理和控制。物联网概念为建立煤矿安全生产与预警救援新体系提出了新思路和办法。
如何运用物联网技术解决煤矿生产中人员安全环境感知问题，解决矿山灾害状况预测预报、减少或避免重大灾害事故发生，解决安全生产智能控制；矿山物联网技术发展潮流以及研究核心内容是什么；如何形成产业原则等。这都是感知矿山物联网示范工程需要解决问题。

2感知矿山物联网总体目的与特性
2.1感知矿山物联网概念及目的
作为物联网应用一种重要领域，“感知矿山”是通过各种感知、信息传播与解决技术，实现对真实矿山整体及有关现象可视化、数字化及智慧化。
其总体目的是：将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化，将感知技术、传播技术、信息解决、智能计算、当代控制技术、当代信息管理等与当代采矿及矿物加工技术紧密相结合，构成矿山中人与人、人与物、物与物相联网络，动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营全过程。以高效、安全、绿色开采为目的，保证矿山经济可持续增长，保证矿山自然环境生态稳定。
2.2感知矿山物联网特性
近些年在矿山提出过许多概念，如数字矿山、矿山综合自动化、信息化矿山、智能矿山等，而“感知矿山”是在综合了这些概念基本上，更加详细、全面、动态、详尽地描述真实矿山。例如说，在开始提数字矿山时，要花很大精力去解释数字矿山与地理信息系统不同，是要将矿山生产过程、矿山安全信息集成在内；在开始实行矿山综合自动化时，又在花时间去解释要有统一网络平台和数据平台，地理信息系统也是综合自动化中一种重要平台，还要解释网络化控制是一种分布式控制等等。
而在物联网矿山概念下，这些都不需要去作任何解释。这是由于物联网自身就是基于统一网络应用；物联网自身就是要在GIS（地理信息系统）和GPS（全球定位系统）下实现定位应用；物联网自身就是控制与网络一体化应用；物联网自身就是分布式应用等等。此外，物联网还明确提出了物与物相联概念，而在此前数字矿山等诸多概念中，基本是人与人、人与物相联概念为主。因而，对矿山移动物体监控，相对较弱。而煤矿移动作业过程监控正是矿山生产特点，物与物相联需要更大范畴无线自组网能力，需要基于网络分布式感知能力。
综合自动化实现了将煤矿各种监测监控子系统集成到一种平台里，实现了煤矿生产与安全系统网络化监控，这为实现感知矿山打下了良好基本。综合自动化系统基本是矿山本来各种系统简朴集成，比较好地做到了减人提效，但矿山集成网络价值没得到应有提高，也没有给矿山安全带来明显改进。以太网创造人之一迈特卡夫曾预测网络价值是与联网设备数平方成正比。煤矿综合自动化将众多子系统联接到了总体网络上，实现基本还是本来各分立子系统功能，没有实现1+1>2。而运用物联网应用平台技术，提高集成信息价值；运用移动感知技术，提高煤矿安全信息感知能力。这是感知矿山物联网目的。
因而，感知矿山物联网应用不是简朴矿山综合自动化，而是在此基本上，运用物联网技术进一步完善矿山综合自动化，使其更加适应矿山真正需要。这正像物联网应用是在互联网应用基本上，来进一步丰富和扩展互联网应用。
2.3 感知矿山建设核心问题----三个感知
为保障矿山安全生产，感知矿山是在实现综合自动化基本上，实现三个感知。即：
l 感知矿工周边安全环境，实现积极式安全保障；
l 感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修；
l 感知矿山灾害风险，实现各种灾害事故预警预报。
感知矿山建设应以三个感知为重点突破点，对煤矿安全信息感知采集技术、煤矿信息融合、辨认与协同技术、煤矿传感网控制技术、煤矿传感网络安全生产、预警、灾后重构再生技术等核心技术开展研究，形成完备基于自有技术矿山物联网体系。
矿山灾害发生区域和时间均具备未知性，并且矿山处在动态开采过程中，要感知这些灾害产生前兆信息，只能采用符合矿山生产特点基于无线传感器网络分布式、可移动、自组网信息采集方式。需要研究矿山物联网核心技术，构建动态感知煤矿灾害状况、感知设备健康状态、感知人员安全环境等信息感知与解决平台。

3 项目设计根据
l 《煤矿安全规程》和《煤矿设计规范》
l 《智能调度室装备规范》
l 《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备规定》GB 3836.4-
l 《爆炸性环境用防爆电气设备通用规定》GB 3836.1—
l 《矿用普通型电气设备》GB 12173—90
l 《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术规定》MT 209－90
l 《工业电视系统工程设计规范》GBJ 115—87
l 《电力系统通信管理规程》DL/T544—94
l 《公司供配电系统节能监测办法》GB/T 16664—1996
l 《通用用电设备配电设计规范》GBSOO55—93
l 《矿山电力设计规范》GB50O7O—94
l 《煤矿监控系统总体设计规范》
l 《矿井防灭火规范》 MT／T 698—1997
l 《矿井通风及安全装备原则》MT/T 5016—96
l 《建筑设计防火规范》GB50016—
l 《煤炭工业矿井设计规范》GB50215— 
l 《火灾自动报警系统》GB50166—
l 《矿山安全条例》
l 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058—1992
l 《煤炭工业选煤厂设计规范》MT 5007—94
l 《软件开发规范》DZ/T 0169—1997
l 《计算机软件可靠性和维护性管理》GB/T 14394—1993
l 《建筑电气设计规范》JGJ16—
l 《安全技术防范规程工程程序技术规范》GB 50348—
l 《闭路电视系统工程技术规范》GB50198—94
4 感知矿山示范工程总体规划
感知矿山示范工程是在实现综合自动化基本上，实现三个感知，形成完备基于自有技术矿山物联网体系。
4.1 感知矿山系统规划原则
(1) 立足当前，着眼将来，设计开放感知矿山信息系统。系统设计起点定位要切合实际，做到原则要高，既保证当前应用需要，同步保证将来系统扩展和提高需要。真正起到示范作用。
(2) 以东升、金宏煤矿为主，预留到集团和到物联网中心信息接口。
(3) 明确感知矿山应用主体，找准重心，重点突破，实现点面结合。
(4) 充分运用既有资源条件，减少系统应用成本。总体规划要尽量将已有系统信息孤岛进行整合，充分运用已有硬件设施。
(5)感知矿山系统设计要本着为需求设计思想进行设计规划。
(6)总体设计，分步实行。总体规划要依照感知矿山需求及远期目的进行，分步实行要依照资金、人才等资源条件，合理分派项目实行阶段，循序渐进，避免盲目投入。
4.2 感知矿山三层构造模型

图4－1 感知矿山物联网应用模型

物联网是典型以应用为驱动网络技术，因而，基于应用目提出感知矿山物联网总体设计模型。由于综合自动化及数字矿山模型在国内煤矿公司己经有众多实际应用，感知矿山物联网建设应当建立在这些己有工作基本上，充分借鉴己有经验和系统，而不是全盘推翻，另搞一套。因而，感知矿山物联网模型势必与数字矿山、矿山综合自动化模型有很紧密联系。感知矿山物联网应用模型如图4－1所示，这是一种三层构造模型，感知矿山总体目的已经较好体当前模型中。
4.3 三层构造功能设计
4.3.1 感知与控制层
依照煤矿作业特点，本层由两层网络构成，骨干传播网和感知层网络。
（1）骨干网功能与规定：骨干网为网络化煤矿监测与控制系统、语音信号及视频信号传播与管理提供了信息高速公路。在此网络上建立了一种基于统一网络多子系统监控系统、语音通信系统和多路工业电视监控系统，在调度指挥控制中心监控煤矿井上、下安全生产全过程，并通过网络将其传播到煤矿各科室和局调度中心。
骨干传播网与矿山综合自动化骨干传播网基本相似，使用防爆1000M工业以太网。对骨干网总体规定：
①煤矿各种信息均能融入骨干网进行传播，即能实现矿山三网合一；
②迅速环形冗余网络故障重构时间严格不大于300ms；
③对各监控子系统可建立虚拟专用网，保证各子系统相对独立运营；
④系统模块化具备热插拔构造适合煤矿不间断生产和维护、维修需要；
⑤可实既有效流量限制，防止广播风暴对控制系统导致劫难；
⑥系统统一编程组态方式，减少对煤矿顾客专业知识规定；
⑦丰富网络管理和诊断功能，便于故障定位和设备维护和维修。
例如：采用西门子网管型Profinet工业以太网合同，以X系列工业以太网互换机硬件为基本实时环形冗余网络构造作为全矿井各生产子系统综合传播平台。工业以太网互换机提供了对网络控制和监视，通过SNMP查看各种网络状态，涉及收/发字节数、收/发帧数、错误数与端口状态等，保证服务质量（QoS）、虚拟局域网（VLAN）、端口镜像、IGMP Snooping、冗余与SNMP等功能实现。

（2）感知网功能与规定：重要是无线网络。矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产与安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息均需要移动感知。
引起矿山事故灾害源如瓦斯、矿压、透水等均散布在尚未开采地层中，且具备流动性，开采扰动会导致它们相对集中，演化为灾害前兆事件。但随着开采进行，灾害源集中地点、强度、显示度、危害限度也在不断发生变化，而灾害事故产生却具备突发性。显然，无法用固定接触式传感器直接监测灾害源，只能通过对前兆事件发生时通过地层传播出来物理量（如电磁幅射、声发射等）进行监测和辨认、解决，但传播这些物理量地层也具备不拟定性。需要随时能移动无线分布式感知手段。
煤矿生产是移动作业，人员、设备、车辆等集中在巷道中，随着煤矿生产进行，这些巷道及设备位置均处在不断变化之中，移动感知监控正是矿山生产特点。
各种无线接入网络，如WiFi、Zigbee等是构成感知层物与物相联重要技术，具备自组网功能无线网络，如无线传感器网络在这一层起着不可或缺作用。感知层网络通过无线网关分段接入骨干网，实现井下重要工作区域无线覆盖或全覆盖。感知层网络除用于各种需要分布式移动监测，如矿山灾害监测、移动设备监控外，还用于个人安全信息无线接入，并可扩展为移动语音及视频提供传播通道。
与综合自动化系统相比，感知矿山物联网在感知层更多是分布式感知与控制，而综合自动化系统更多是如何将子系统接入骨干网。感知与控制层重要实现矿山生产与安全过程中各种传感与控制信息采集与施用。
4.3.2 信息集成与MES层
信息集成与MES层由两大某些构成，一是信息集成网络系统，涉及调度指挥控制中心以太网，互为冗余I/O服务器组和数据服务器集群。服务器集群通过1000M工业以太网骨干传播，采集全矿生产、安全等所有信息，将信息集成到控制中心，进行各种智能信息解决，如信息融合、信息挖掘等等。服务器上重要历史信息可以保存一年或更长时间。
另一某些是在信息集成基本上MES（Manufacturing Execution System），涉及在调度指挥控制中心以太网上，设计多台操作员站，操作员站完毕对子系统监控：如综采工作面监控子系统、主运送集控子系统、地面供电监控子系统、井下供电监控子系统、主通风机在线监控子系统、安全监控子系统等各种子系统监控。以及煤矿生产过程优化管理，依照煤矿生产流程，当某个实时事件发生时，MES对此及时做出反映、报告，并用当前精确数据对它们进行指引和解决，减少煤矿公司内部没有附加值活动，有效地指引生产运作过程，提高生产力、生产安全性、改进物料流通性能、又能提高生产回报率。MES需要与筹划层和控制层进行信息交互，通过公司持续信息流来实现公司信息全集成。
本层核心技术之一是统一数据仓库平台。各种系统数据应有统一数据描述形式、统一数据解决格式和统一数据管理方式，便于信息挖掘和融合。例如，对矿山进行安全运营评价，需要监测监控系统数据、通风系统数据、矿压监测数据、地下水位及涌水量数据等等，如果各系统数据没有统一描述形式和存贮方式，信息挖掘与融合将是一句空话。由于数字矿山子系统众多，将来发展需要对各子系统数据进行综合分析和数据挖掘，因而，从一开始就运用数据仓库具备海量数据存储能力，运用OLAP联机分析解决和数据挖掘技术进行强大多维数据分析，为实现决策支持功能提供条件。
4.3.3 管理决策与应用层
管理决策与应用层重要是各种软件应用模块。矿山及有关现象信息在中间层得到提高后，目是为了运用这些信息去动态详尽地描述与控制矿山安全生产与运营全过程，保证矿山经济可持续增长，保证矿山自然环境生态稳定。
管理决策层各种软件应用模块就是这种目详细体现。依照矿山详细应用不同，这些模块是可增减。通过公司Intranet网络，矿山各个职能某些可实现更高层次应用。如：矿山安全生产评价与监管；煤矿灾害预警与防治；煤矿供应链管理；大型设备故障诊断；矿山资源环境控制及评价等。
4.4感知矿山示范工程建设内容
感知矿山示范工程本着统一设计，分布实行原则进行规划设计。整体项目设计目的是建成一种统一网络平台（骨干网络平台、无线网络平台），结合“六大安全避险系统”，实现井下工人精准定位、周边安全环境感知；使东升、金宏煤矿在采用先进技术装备上达到国内一流水平，实现井下和地面各个生产系统和大型机电设备、供电系统、管网等监控及诊断，即设备工况感知；使矿井生产安全可靠，有效地防止和及时解决各种突发事故和自然灾害，即矿山灾害风险感知；实现全矿井各种数据采集，使生产调度、经营管理、决策指挥实现网络化、信息化、科学化。实现公司经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息有机集成，达到减人增效和提高矿井安全水平目。
4.4.1 示范工程建设总体内容
示范工程建设内容涉及几大方面：
l 系统集成平台建设：建设全矿井安全、人员、设备感知集成平台，实现全矿井地面远程监控，涉及集群服务器、数据库平台、集成软件平台建设等。
l 感知矿山网络平台建设：涉及井上、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；运用无线传感器网络建立覆盖煤矿井下，并与1000M工业以太网相结合无线自组网系统（实现人员管理、无线语音、无线数据、无线视频统一平台），保障浮现故障或灾害状况下通信链路畅通。
l 人员安全环境感知：集成既有安全监测、人员定位系统，实现矿工对周边环境积极感知、实现与矿工双向信息传播。
l 设备健康状态感知：对井上、井下各生产及辅助系统远程监控，减少井下操作人员，对矿井重要生产与辅助系统进行自动化监控（胶带机、排水、变电所、通风机房、压风机房无人值守，提高系统远程监控，少人工作面监控）；感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修。
l 矿山灾害风险感知：涉及煤矿灾害预警与防治，煤矿安全生产监控与决策管理等。
4.4.2一期工程建设内容
l 系统集成平台建设：建设全矿井安全、人员、设备感知集成平台，实现全矿井地面远程监控，涉及集群服务器、数据库平台、集成软件建设等。
l 骨干网建设：涉及井上、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。
l 感知网建设：运用无线传感器网络建立覆盖煤矿井下，并与1000M工业以太网相结合无线自组网系统。
l 人员安全环境感知：新型基于无线覆盖移动双向数据信息终端在煤矿井下应用。
l 对井上、井下各生产及辅助系统远程监控，减少井下操作人员，对矿井重要生产与辅助系统进行自动化监控（胶带机、排水、变电所、通风机房、压风机房无人值守，提高系统远程监控）。
l 工业电视及大屏建设。
4.4.3 二期工程建设内容
l 三维GIS（煤矿安全生产仿真环境）平台建设：运用虚拟现实技术，结合地理信息系统和矿井集成监控系统，研制一种用于煤矿安全生产信息综合管理软件系统平台。
l 感知矿山设备工作健康状况：实现矿山重要运转设备工况分析、预知维修。
l 矿山灾害风险感知：涉及煤矿灾害预警与防治，煤矿安全生产监控与决策管理等。
l 对采煤工作面及掘进面重要运转设备监控进行攻关，实现无人或少人工作面。

5示范工程集成平台建设
调度指挥中心是感知矿山系统中各种信息集散地，因而它又是一种信息中心。对于感知矿山来说，它就是一种“管控一体化”中心。
在感知矿山示范工程建设中，调度指挥中心功能与本来生产方式下单纯调度室相比得到了大大加强与扩大，各种系统信息均通过综合传播网络送到调度指挥中心，是感知矿山上层集成平台。通过示范工程集成平台建设，解决原矿山各系统相对独立、信息孤岛问题；解决异构系统接口问题，形成统一矿山集成平台原则。
集成平台建设涉及硬件平台建设和软件平台建设。
5.1硬件平台建设

图5-1 调度指挥控制中心设备布置图
1) 设立1台服务器用于应用程序开发、布置、维护及管理一种基本架构。
2) 设立1台I/O服务器,采集全矿生产、安全等所有信息，并提供应以太网上各个操作员站，各个工作站对全矿子系统控制信息也由服务器，经由工业以太网上相应节点发送到被控子系统。
3) 设立1台WEB服务器，负责Web发布，把信息传送到局域网。
4) 设立1台数据库服务器:数据库服务器负责存储全矿安全、生产等信息，产生实时和历史数据库，供管理网数据查询与分析
5) 设立1台定位服务器，实现对矿井人员位置信息采集及定位计算。
6) 设立4台工作站，用于监控各个子系统工况、设备状态、控制各种设备运营。
7) 设立1台工程师站，负责所有控制系统组态和维护，工程师站由通过专门培训过工程师操作。
8) 设立1台硬件防火墙负责将监控网络与煤矿局域网隔离，以保证监控网络相对独立。
9) 设立1台核心工业互换机实现整个矿山安全、生产信息交互。
10) 配备容量30kVA，后备时间不不大于4hUPS电源设备。
5.2软件平台建设
软件平台保证煤矿所有安全生产、人员、设备、管理信息等复杂异构信息在一种统一网络平台上运营，在异构条件下进行联通与共享，可以使不同功能应用系统联系起来，协调有序运营，使各自独立监控系统信息实现共享。
5.2.1功能构造
软件平台实现重要功能有：异构数据统一接入接口、控制命令输出接口、数据实时解决与存储、通信状态监控与报警、实时报警与预警、数据报表与曲线。详细功能接口如图5－2所示。

图5-2 统一平台功能构造模型
（1）实时数据采集与解决。将各种安全生产实时数据、人员井下位置信息、设备运营状态信息、环境安全实时信息等实时信息通过实时数据库功能迅速存储。
（2）异构系统数据接入。将煤矿既有各种系统按照统一合同规范，设计合同转换接口。运用既有具备OPC、ODBC等接口功能系统，直接将数据接入到实时/历史数据库；对于非原则接口系统，按照指定CVS合同进行转换。
（3）实时数据显示。
Ø 安全生产及设备数据：具备实时值、时间、位置，有关设备实时工作状态基本信息显示功能，具备关联信息查询功能；
Ø 人员信息：具备人员位置、时间实时显示功能，具备人员复杂信息查询功能；
Ø 环境感知数据：具备区域数据实时值、时间显示功能。
（4）数据联机分析。依照一段时间范畴内数据变化趋势进行数据分析，预测数据发展趋势；综合人员、环境、设备持续工作和变化状态，通过引入智能信息解决技术来预测人员和设备健康状况、工作状态，预测环境安全态势；依照各种实时数据对区域信息、人员信息、设备信息进行预警和报警提示功能。
（5）数据报表功能。依照顾客需求提供各种复杂查询，提供跨系统关联数据查询、筛选、分析功能，按照生产需要提供原则规范统一数据报表打印功能；支持报表EXCEL数据导出功能。
（6）曲线功能。按照组态原则绘制实时、历史曲线。
（7）智能数据决策辅助支持。引出数据仓库、数据挖掘、神经网络等数据解决技术，在复杂数据环境中智能搜索符合特殊条件各类数据，运用数据自身内联关系进行人员定位、设备故障、环境安全智能分析检测，为高层决策提供更客观全面技术支持。
（8）通信状态实时监测。监测多系统在接入过程中数据、通信状态。
（9）预留原则开放接口。
5.2.2 软件平台设计

图5-3 软件平台模型
依照示范工程规定及东升、金宏煤矿实际，建立软件平台模型并就此展开设计规划，以拟定软硬件构成。
软件平台重要由5大某些构成：
1) 数据输入接口。原则OPC、ODBC实现与已有系统衔接；此外制定符合原则规范CVS输入接口。
2) 数据中心。包括工业历史数据库和商务数据库Sql Server两某些，其中工业历史数据库重要负责对符合原则规范现场工业控制实时数据通过压缩解决。
3) 应用系统。在建立统一数据中心基本上，构建符合不同需求应用服务。如：生产调度子系统、GIS与VR子系统、安全信息管理、灾害防止与防治、运销管理、材料与设备管理、办公自动化、人员信息管理、系统安全管理等若干面向应用子系统。
4) 数据输出接口。依照各监控系统反馈控制需求，按照原则合同规范，提供原则输出接口。
5) WEB SERVER。为各应用系统数据显示与控制提供WEB服务功能。

6感知矿山骨干网络平台建设

图6-1感知矿山网络构造图
图6-1所示是感知矿山示范工程系统实行示意图。依照感知矿山模型规定，系统由三层构造网络构成。骨干网为1000M工业以太环网，以保证系统高可靠性。如果在使用过程中存在光纤网络某点断开，网络也能照常工作，并且系统能及时诊断出故障点以便维修。敷设光缆依照环网需求和冗余性选用单模阻燃光缆。它理所固然是三网合一系统，除接入各种监测监控系统外，将有线IP电话、无线移动电话、人员定位系统、数字视频系统都接入网络。主干网通过工业级互换机为全矿地面及井下各个子系统提供以便灵活工业以太网接口。
图6-1中感知层网络为无线传感器网络，感知层网络通过无线网关分段接入骨干网，实现井下重要工作区域无线覆盖。感知层网络除用于各种需要分布式移动监测，如矿山灾害监测外，还用于个人安全信息无线接入，并可扩展为移动语音及视频提供传播通道。
调度指挥控制中心以太网，设计互为冗余I/O服务器组和数据服务器集群，并设立相应操作员站。服务器集群采集全矿生产、安全等所有信息。服务器上重要历史信息可以保存一年或更长时间。
在调度指挥控制中心以太网上，设计1台工程师站，工程师站负责所有控制系统组态和维护，工程师站由通过专门培训过工程师操作。在调度指挥控制中心以太网上，将设计4台操作员站，各个操作员站实现对全矿子系统控制，其中控制信息也由服务器经工业以太网上相应节点发送到被控子系统。
地面调度控制中心操作员站完毕矿山各系统监控、人员安全感知、设备健康状态感知等。

7感知网络平台建设
煤矿井下移动设备、人员、及矿山灾害分布式监测均需要无线网络，这涉及无线语音、无线数据、无线视频等信息传播。其用途涉及：设备工况监测监控、灾害环境信息监测、人员定位、机车管理、语音通信、工业电视等，形成一种完善无线感知平台。

7.1总体构造设计
传感器网络节点具备体积小、数量大、布置灵活、不需单独供电、不需要专人维护等特点，将传感器网络应用于矿山，实现矿山完全感知，是运用无线节点多样性和无线网络覆盖广特点，将矿山设备信息、环境信息、井下人员信息与定位信息及时地传播给地面监控中心，不但可以挣脱既有有线网络线缆束缚，还可以弥补既有矿山监控系统诸多漏洞。无线感知矿山传感网设计重要是对图4-1中地面和井下骨干网无线网络某些进行改造，重要依托千兆骨干环网布置分支互换机和无线基站，运用无线基站实现矿井覆盖，运用无线技术带宽高、传播速率快以及网络可靠性高等特点，为井下视频、VOIP等技术实现搭建基本平台。设计感知矿山传感网系统示意图如图7-1所示。

图7-1 矿山传感网络设计示意图
井下系统无线基站，互换机均采用本安型产品，井下网络通信系统传播介质重要由光纤和电缆构成。因井下巷道为一狭长空间，无线网络汇结必要通过矿用本安型以太网延长器或光纤耦合器进行延长到分支互换机。每个分支互换机可管理6-8个无线基站，互换机再通过光纤连接到井下骨干环形网络中，从而完毕井下无线系统重要拓扑构造；在井上某些，需要为无线语音平台加入语音服务器、为无线监控平台加入管理服务器、为定位信息提供定位服务器，以及与Internet相连web服务器等，从而完毕整个网络管理与信息解决功能。
由于无线基站(AP)选用可支持WIFI（IEEE802.11n）设备，井下各种支持WIFI合同终端，如身份辨认卡、无线摄像机、WIFI手机等，都可以通过无线网络接入到井下骨干网中，各种终端产品信息也可以通过骨干网络传播到井上，由管理服务器对这些信息进行管理和显示，达到井下无线产品综合监控和管理目。
7.2无线覆盖方案设计
井下无线系统搭建重要是运用本安互换机、光纤耦合器、本安以太网延长器以及无线基站完毕整个矿井无线覆盖。无线覆盖工作重要由无线基站完毕，依照井下环境布置大量无线基站，运用无线基站覆盖范畴来保证所有无线终端信息都可以被基站所接受，基站与本安互换机通过本安以太网延长器或光纤耦合器，将接受到终端信息发送给互换机，互换机通过光纤耦合器接入井下光纤骨干网，从而将终端信息传播给骨干网络，进而传播到地面指挥中心；如果无线基站与互换机距离过远，或者不以便计入骨干环网时，如分支巷道、斜井等环境，采用总线延长器或光纤耦合器将无线基站与骨干网相连；为了节约有线传播资源，基站之间先通过无线MESH方式多跳来传播数据，最后汇接到无线根基站，再通过有线资源连接到网络。
井上某些设计重要是依照井下无线网络所采集数据，依照不同应用选取服务器，由于咱们所设计无线定位和无线环境感知系统构成，因而，咱们选用无线定位服务器和无线数据控制服务器通过核心互换机接入地面骨干网，完毕对井下系统管理和控制，保证信息实时性。
(1) 无线覆盖安装示意图
无线覆盖设备安装示意图如图7-2所示。

图7-2 井下无线设备覆盖示意图
8人员安全环境感知
煤矿井下个人周边安全环境监测系统是实现矿工积极式安全监测办法。个人安全信息监测系统由双向个人信息终端、有线与无线通信网络、应用管理平台构成。结合既有电子矿图实时显示整个矿井以及各个盘区、煤层人员数量和分布；以及指定人员移动路线；可对指定人员进行定位和跟踪；查询特定人员在井下位置。既有煤矿井下人员定位系统实际是类似于地面使用巡更系统，即在某些核心点设立读卡器，检测有哪些人员在什么时间到达过这些核心位置。煤矿巷道长而复杂，既使设立了较多读卡器，仍避免不了工作人员离线状况。运用个人信息终端，实现基于无线传感器网络人员精准定位系统，真正实现人员定位跟踪。通信网络和应用平台前面己经有过简介。

图8-1 个人信息终端

个人信息终端涉及：微控制器某些、温度传感器某些、加速度传感器某些、瓦斯传感器某些、液晶显示及通信电路构成。个人信息终端采用IEEE802.11b通信合同，实现与地面通信。可以通过微控制器自身MAC地址区别每台个人信息终端，进而拟定矿工身份。个人信息终端各个某些功能如下：
（1）个人信息终端同步集瓦斯监控、温度监控于一身大大减少成本；
（2）个人信息终端实现了网络化，通过无线通信方式将各传感器采集信号，通过矿井已经布置无线网络向上位机发送；
（3）个人信息终端可以监测到工人活动状态，矿难发生后可以监测被困人员生命活动迹象；
（4）当井下浮现险情或者矿工被困时，个人信息终端不但能向上位机发送呼救信号，并且能告知上位机发出呼救信号类型；
（5）个人信息终端可以接受调度室发送避灾路线；
（6）个人信息终端具备精准定位功能。

9重要系统信息化改造
9.1 井下主运送皮带无人值守系统
依照感知矿山规定，应实现皮带系统自适应控制，依照皮带负荷状况，动态调节皮带运营，达到节能减排。
胶带机控制分站采用PLC，控制分站完毕整个系统数据采集、设备控制、信息传播及网络通讯。具备集控、就地、检修等工作方式。PLC有通讯接口模块，可接入井下1000M工业以太网，并提供完整控制变量表，控制系统可以在线诊断，并且其控制程序可在地面主机在线下载。
安全保护系统具备胶带机打滑、堆煤、满仓、煤位、超温洒水、烟雾、温度、沿线急停、跑偏、断带、扯破和语音系统等各种保护和装置。
l 智能跑偏/拉线保护：对胶带机运营当中跑偏故障进行保护和沿线浮现紧急状况时进行紧急停车。由于选用智能跑偏/拉线开关，在操纵台上可以监视到智能跑偏/拉线开关动作位置，以便及时发现故障地点，进行解决，恢复生产。
l 堆煤保护：监测上煤点与否堵塞，浮现故障能控制胶带机紧急停车。
l 烟雾保护：监测驱动部因机械摩擦产生烟雾，并能提供信号控制胶带机紧急停车。
l 超温洒水保护：对驱动部发生火灾进行停车，洒水保护。
l 打滑保护：胶带机上安装测速传感器，持续监测胶带机速度，并提供打滑保护信号。
l 煤位监测：通过监测传感器可以持续监测煤仓煤位信号。
l 温度保护：通过设立在电机上温度传感器可以持续监测电机温度，并提供温度超限报警。
l 断带保护：通过断带保护传感器监测胶带与否断裂，并能提供信号控制胶带机紧急停车。
l 扯破保护：通过纵撕保护传感器监测胶带与否纵向扯破，并能提供信号控制胶带机紧急停车。
l 胶带机语音电话系统：在胶带机沿线单独设有一路电话系统进行通话联系。
9.2 井下排水安全系统
采用PLC控制技术，结合先进传感器检测技术，并改造泵房老式手动操作设备为电动，使得泵房达到无人值守智能控制规定。通过建立排水控制模型，综合水仓水位、涌水速度、排水能力、管路效率、供电峰谷段时间划分、电网日负荷变化曲线等状况，能合理调度水泵起停运营，即可省运营费用，也能减小电网承受能力和对其她设备影响。
系统具备就地手动/远方手动/自动等运营方式，控制以便、灵活。自动控制（远动、程控）功能：依照工况设定，以及时间、水位、煤矿用电负荷等参数自动启动、停止水泵运转，对运营中各种参数进行实时监控。手动控制功能：依照实际需要也可以从自动控制方式切换到手动控制方式，此方式下操作人员可在分站上人工手动控制。单机自动控制：地面监控主机将工作方式切转到单机自动时，可在地面监控主机上单独控制系统中各设备，此时各分站仍处在自动状态，当保护信号动作时仍报警停机。自动、手动、单机操作模式之间能实现不断机切换。就地手动控制可直接在开关柜上人工手动控制。此方式重要用于设备检修时。
（1）具备计量/时间/运营记录。系统具备计量/时间/运营记录功能。
（2）能控制各泵轮流工作，使每台磨损限度均等，同步依照流量和功率分析水泵效率，实现高效率泵优先运营机制，达到节能目，同步为水泵维护保养提供科学根据。
（3）能检测水泵及其电机工作参数。如：水泵流量、出口压力、轴温、电机定子温度及轴温、电机电流和功率等。
（4）能实现防水闸门自动化控制。
（5）具备故障报警、自动保护等功能。
（6）能通过接口向上传送数据，对全矿井涌水量进行监测，依照全矿井供电负荷调节规定，按预定工作程序进行定期排水，实现矿井排水优化控制。并依照水仓水位状况自动控制排水泵开停，达到节能效果。
（7）具备组网功能。通过PLC提供以太网接口接入全矿综合自动化系统工业以太网。实现水泵开停、水仓水位等工矿参数全矿井共享；水泵主电机开停实现远控。
（8）能实现水泵房联合控制，使得排水系统运营效率最高、安全系数最高。并具备灾害运营模式，具备透水、冒顶等灾害自动解决预案，最大限度减少灾害损失。
（9）能达到水泵房达到无人（或少人）值守，定期巡视规定。
（10）能实现与高压柜综保装置通讯，控制系统与综保通讯，并可对遥信和遥测量进行解决，但与水泵有关供电回路分合控制仍以硬件接线为主。
（11）能实现模仿量检测和开关量检测。
模仿量检测重要完毕对监控需要模仿量采集和解决，并送入PLC。重要涉及如下几类传感器：
l 水仓水位传感变送器；
l 流量传感器；
l 压力传感变送器；
l 负压传感变送器；
l 温度巡检仪及传感器；
l 电机及水泵振动传感器。
开关量检测重要是将液压闸阀、电动球阀、高压柜等工作状态与启闭位置等开关量信号接入PLC，监测系统当前运营状态。自动控制系统通过高、低压柜接触器辅助触点监测接触器触点状态。
系统采集与检测数据：模仿量为电机电流、电机温度、水泵轴温、闸阀开度、出水口压力、水仓水位、主排水管流量、真空度；数字量有：电动闸阀开关限位、电磁阀状态、电机运营返回、电机故障点、电动阀工作状态与开关限位、射流泵工作状态。
数据采集重要由PLC实现，PLC通过超声波水位计持续检测汲水小井水位，将水位变化信号进行转换解决，计算出单位时间内不同水位段水位上升速率，从而判断矿井涌水量，自动投入或退出水泵。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器，重要用于监