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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高質量發展的核心,其目標是提升采煤效率,解決生產安全問題。煤礦智能化發展,必須依賴5G、F5G、云、大數據、AI等ICT技術,從而釋放更多的生產力。

            煤礦智能化是煤炭行業高質量發展的核心,而煤礦的進化需要在經歷機械化、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數據的自動化采集,這在一定程度上為我們智能化的進程帶來阻礙。煤礦必須擁抱大數據技術,建立起實時感知的智能化,突破聯合組網障礙,通過智慧大腦實現安全管理和高效發展。


            云、大數據、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據的條件。因為井下環境、設備、生產等大量數據并不是通過自動化,而是通過人工的方式采集。人工采集的數據作為智能化控制系統的決策依據并不科學,存在不連續、不完整等問題。


            所謂的大數據技術,必須在數據報表的自動化采集、積累的基礎上,才能支撐起系統的自主分析、決策與控制。實現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。礦山是動態的,只有讓設備連網進行數據采集和傳送,實時把數據匯入數據湖,智能化決策系統才能知道井下每一寸地方正在發生的事情,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智能化控制,更無法聯動。


            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絡覆蓋以及設備自主組網。

            有線網絡雖然覆蓋距離更廣,但它是插拔式的,而運輸設備分散,且經常處于移動狀態,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,傳統的光纖經常折斷。


            把井下的光纖網絡與5G、WiFi-6等結合起來,讓每臺設備無線上網,減少接插件的數量,網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絡的接入點、基站,因為這些設備本身就已經有電源、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自動組網。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等生態平臺的結合,正在智能家居中大放異彩。只需嵌入一個小小的Wi-Fi模組,就能實現智能化改造,擁有智能控制、互聯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即可,效率高、周期短。

            聯合組網,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合組網。聯合組網主要分為兩個維度:一是無線網絡和有線網絡的融合,保障設備的高在線率,實現煤礦的全面感知,智能聯動;二是專網的融合,就是井下的多種業務系統使用一張網來承載,在保障各個系統能夠穩定獨立地運行前提下,業務系統之間的數據可以按需靈活交互。


            當前,煤礦井下環網的數量眾多,有瓦斯監控專網,還有有線調度通信專網、廣播通信專網、機電控制專網、視頻監控專網等等。不同網絡系統之間均為獨立規劃建設,設備各自獨立供電,通信鏈路分離,互不聯動。這種專網專用成為智能化障礙,急需突破。


            形成專網專用的原因,是此前采用的傳統工業以太網容易引起網絡擁塞,嚴重的還會發生丟包。像瓦斯濃度檢測這樣涉及生產安全的系統,跟其他的業務跑在一個網絡上,是不被接受的。


            隨著網絡技術的進步,融合網的可靠性早已遠遠超過專網。當前,像華為等廠家提供的基于SDN架構的礦山融合IP工業網設備,骨干網絡帶寬達到50Gbps,并支持平滑升級到100Gbps,滿足5~10年井下各類不同業務的帶寬訴求。其中的網絡切片技術,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,讓不同的網絡切片承載不同的業務,可以保障瓦斯監控、工業控制、語音通訊等高優先級業務流量不受其他業務流量突發變動的影響,使得遠程控制更加平滑流暢,語音和視頻更加清晰,實現井下業務的可靠通信。


            融合IP工業網的切片技術和5G無線網絡的切片技術一致,可以無縫連接,實現真正一張網。對于網絡的管理,通過iFIT隨流檢測技術,網絡的健康度、業務流量的傳輸質量都可以在集控中心的大屏上看得一清二楚。一旦業務的傳輸質量發生下降,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絡哪個位置發生了問題,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,每新增一套系統就新增一張網絡的方式難以延續。不同系統的網絡設備獨立安裝,獨立供電,會給煤礦帶來了很大的資源浪費和多節點的設備故障隱患。另外,專網數量多,網絡運維的難度快速上升,雖然井下生產不斷在減人,但是網絡運維仍需要人員頻繁下井,這與少人、無人的發展趨勢也是背道而馳的。所以,必須要進行網絡的聯合。

            煤礦井下大量專網的存在,煤礦數據的自由流動,阻礙了煤礦智能化的發展。因此,建設智能煤礦,就應當跳出傳統煤礦建設的條條框框,充分借鑒信息通信行業的成果,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據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。


            行業一致認同的“統一標準、統一架構”的煤礦工業互聯網架構還在進行中,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,煤炭總產量必然會不斷減少,非燃料的煤炭的價值隨之提升,企業為增加效益而實現智能化也是必然選擇。


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