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擁抱ICT,智享礦山未來

2022-12-19 11:12:01

煤礦智能化是煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心,其目標是提升采煤效率,解決生產(chǎn)安全問題。煤礦智能化發(fā)展,必須依賴5G、F5G、云、大數(shù)據(jù)、AI等ICT技術,從而釋放更多的生產(chǎn)力。

煤礦智能化是煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心,而煤礦的進化需要在經(jīng)歷機械化、自動化之后,才能到智能化。雖然煤礦智能化已提出多年,但眾多煤礦仍未能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化采集,這在一定程度上為我們智能化的進程帶來阻礙。煤礦必須擁抱大數(shù)據(jù)技術,建立起實時感知的智能化,突破聯(lián)合組網(wǎng)障礙,通過智慧大腦實現(xiàn)安全管理和高效發(fā)展。


云、大數(shù)據(jù)、AI等是智能化的必備條件,但就實際情況來看,任何一個煤礦都不具備大數(shù)據(jù)的條件。因為井下環(huán)境、設備、生產(chǎn)等大量數(shù)據(jù)并不是通過自動化,而是通過人工的方式采集。人工采集的數(shù)據(jù)作為智能化控制系統(tǒng)的決策依據(jù)并不科學,存在不連續(xù)、不完整等問題。


所謂的大數(shù)據(jù)技術,必須在數(shù)據(jù)報表的自動化采集、積累的基礎上,才能支撐起系統(tǒng)的自主分析、決策與控制。實現(xiàn)智能化的前提是要讓設備自我感知,即傳感器替代人工收集,同時,讓人眼視覺識別變成AI機器識別。


只有實時感知,才是智能化

煤礦智能化要求礦山透明,透明礦山是讓高精度的三維物探把整座礦山的各種構造查清,要做到這點只有依靠先進的通信技術。礦山是動態(tài)的,只有讓設備連網(wǎng)進行數(shù)據(jù)采集和傳送,實時把數(shù)據(jù)匯入數(shù)據(jù)湖,智能化決策系統(tǒng)才能知道井下每一寸地方正在發(fā)生的事情,從而做出決策。但一些所謂的智能礦,設備在線率僅有40%~50%。設備不在線無法實現(xiàn)智能化控制,更無法聯(lián)動。


如何解決設備實時在線的問題?答案是有線和無線綜合的網(wǎng)絡覆蓋以及設備自主組網(wǎng)。

有線網(wǎng)絡雖然覆蓋距離更廣,但它是插拔式的,而運輸設備分散,且經(jīng)常處于移動狀態(tài),線路容易折斷,可靠性差。比如,在綜采面由于采煤機、電液壓支架、刮板運輸機時刻處于運動狀態(tài),傳統(tǒng)的光纖經(jīng)常折斷。


把井下的光纖網(wǎng)絡與5G、WiFi-6等結(jié)合起來,讓每臺設備無線上網(wǎng),減少接插件的數(shù)量,網(wǎng)絡可靠性將大幅提升。我們可以把無線接入點、基站融合到井下的各種設備中,采煤機、液壓支架等都可以成為各種無線網(wǎng)絡的接入點、基站,因為這些設備本身就已經(jīng)有電源、有防爆盒。

同時,建立了足夠的接入點后,需要讓設備之間實現(xiàn)自動組網(wǎng)。這樣,即使掉線,也可以自我修復,大幅提升了在線率、保障設備的可靠性。


目前這類技術已經(jīng)被成熟應用,如各類Wi-Fi模組、5G模組、藍牙模組、T-Box等。Wi-Fi模組與華為HiLink等生態(tài)平臺的結(jié)合,正在智能家居中大放異彩。只需嵌入一個小小的Wi-Fi模組,就能實現(xiàn)智能化改造,擁有智能控制、互聯(lián)互通互動以及安全等關鍵能力。而且智能化的改造成本、門檻非常低,“一站式”地完成軟件和應用開發(fā)即可,效率高、周期短。

聯(lián)合組網(wǎng),突破障礙

關于建設智能煤礦的一個重要的思路,就是進行煤礦井下的聯(lián)合組網(wǎng)。聯(lián)合組網(wǎng)主要分為兩個維度:一是無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡的融合,保障設備的高在線率,實現(xiàn)煤礦的全面感知,智能聯(lián)動;二是專網(wǎng)的融合,就是井下的多種業(yè)務系統(tǒng)使用一張網(wǎng)來承載,在保障各個系統(tǒng)能夠穩(wěn)定獨立地運行前提下,業(yè)務系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)可以按需靈活交互。


當前,煤礦井下環(huán)網(wǎng)的數(shù)量眾多,有瓦斯監(jiān)控專網(wǎng),還有有線調(diào)度通信專網(wǎng)、廣播通信專網(wǎng)、機電控制專網(wǎng)、視頻監(jiān)控專網(wǎng)等等。不同網(wǎng)絡系統(tǒng)之間均為獨立規(guī)劃建設,設備各自獨立供電,通信鏈路分離,互不聯(lián)動。這種專網(wǎng)專用成為智能化障礙,急需突破。


形成專網(wǎng)專用的原因,是此前采用的傳統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)容易引起網(wǎng)絡擁塞,嚴重的還會發(fā)生丟包。像瓦斯?jié)舛葯z測這樣涉及生產(chǎn)安全的系統(tǒng),跟其他的業(yè)務跑在一個網(wǎng)絡上,是不被接受的。


隨著網(wǎng)絡技術的進步,融合網(wǎng)的可靠性早已遠遠超過專網(wǎng)。當前,像華為等廠家提供的基于SDN架構的礦山融合IP工業(yè)網(wǎng)設備,骨干網(wǎng)絡帶寬達到50Gbps,并支持平滑升級到100Gbps,滿足5~10年井下各類不同業(yè)務的帶寬訴求。其中的網(wǎng)絡切片技術,就是IP硬管道,如同在一條寬闊的馬路上劃分出一條條專用的BRT通道,讓不同的網(wǎng)絡切片承載不同的業(yè)務,可以保障瓦斯監(jiān)控、工業(yè)控制、語音通訊等高優(yōu)先級業(yè)務流量不受其他業(yè)務流量突發(fā)變動的影響,使得遠程控制更加平滑流暢,語音和視頻更加清晰,實現(xiàn)井下業(yè)務的可靠通信。


融合IP工業(yè)網(wǎng)的切片技術和5G無線網(wǎng)絡的切片技術一致,可以無縫連接,實現(xiàn)真正一張網(wǎng)。對于網(wǎng)絡的管理,通過iFIT隨流檢測技術,網(wǎng)絡的健康度、業(yè)務流量的傳輸質(zhì)量都可以在集控中心的大屏上看得一清二楚。一旦業(yè)務的傳輸質(zhì)量發(fā)生下降,工作人員可以進行預測性的分析維護,幾分鐘就能定位到網(wǎng)絡哪個位置發(fā)生了問題,無需運維人員下井逐一插拔光模塊查找問題,大大提升了運維效率。


未來,隨著智能煤礦應用的不斷疊加,每新增一套系統(tǒng)就新增一張網(wǎng)絡的方式難以延續(xù)。不同系統(tǒng)的網(wǎng)絡設備獨立安裝,獨立供電,會給煤礦帶來了很大的資源浪費和多節(jié)點的設備故障隱患。另外,專網(wǎng)數(shù)量多,網(wǎng)絡運維的難度快速上升,雖然井下生產(chǎn)不斷在減人,但是網(wǎng)絡運維仍需要人員頻繁下井,這與少人、無人的發(fā)展趨勢也是背道而馳的。所以,必須要進行網(wǎng)絡的聯(lián)合。

煤礦井下大量專網(wǎng)的存在,煤礦數(shù)據(jù)的自由流動,阻礙了煤礦智能化的發(fā)展。因此,建設智能煤礦,就應當跳出傳統(tǒng)煤礦建設的條條框框,充分借鑒信息通信行業(yè)的成果,為智能煤礦建設加速。

智能礦山需配置智慧大腦

真正的智能礦山,需要人工智能和大數(shù)據(jù)分析支撐的智慧大腦,并配置兩級智慧大腦,一個放在井上集控中心,一個放在井下設備列車。


行業(yè)一致認同的“統(tǒng)一標準、統(tǒng)一架構”的煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構還在進行中,但全面煤礦智能化的進程有望在10年之內(nèi)完成,信心源于以下兩點:一是ICT技術在飛速進步,智能化的成本不斷下降;二是在2030年“碳達峰”之后,煤炭總產(chǎn)量必然會不斷減少,非燃料的煤炭的價值隨之提升,企業(yè)為增加效益而實現(xiàn)智能化也是必然選擇。


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