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    中國煤炭報 | 賀耀宜:創新工業物聯網技術手段
    發布時間:2020/04/21 12:53:10 來源: 點擊次數:

    近日,八部委聯合印發的《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》(以下簡稱《指導意見》),智能化煤礦應用全面感知、實時互聯的工業物聯網技術提出了要求。

    我主要從事煤礦自動化及物聯網研究工作,主持或參與研發過綜合自動化系統、監測監控系統、物聯網關鍵技術研究等與煤礦智能化建設相關的工作,現就此領域談一些個人看法。

    經過多年發展,我國煤礦智能化建設取得了令人矚目的成就,裝備智能化及系統自動化程度得到較大提升,尤其在綜采工作面,國內開采條件較好的煤礦實現綜采工作面自動化開采,監控中心遠程干預;主煤流運輸系統實現遠程集中控制與應急聯動,有些生產環節的固定崗位已實現無人值守;在安全保障方面,對五大災害水、火、煤塵、瓦斯、頂板配備了相應的監控及預警系統,尤其在對井下有害氣體監測和人員定位方面,國家出臺了相應的強制標準,目前全面實現了數字化,系統及裝備可靠性有了較大提升,以安全保障促智能化生產的局面已經初步形成。

    我們也要清醒地認識到目前存在的短板,尤其是作為基礎技術支撐的物聯網技術還有較大發展空間。

    目前,傳感技術以傳統工藝、激光傳感為主,由于供電、有線傳輸、成本等問題導致作業現場傳感器數量少、維護不方便,難以做到全面感知;協議的開放性、標準化程度不,局部無線網絡帶寬和容量不能滿足大量數據傳輸要求,無法做到實時互聯;有些生產環節的故障檢測由于傳統傳感技術無法安裝只能由人工巡檢替代。這些短板客觀上影響了煤礦智能化的發展。

    《指導意見》指出,智能化煤礦需要深度融合人工智能、工業物聯網、云計算、大數據等技術,并具有全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的能力。這就要求智能化煤礦的高級階段將類似于人具有獨立自主學習、自我判斷的能力,并能根據實際情況及時反饋,而所有這些高級能力都離不開海量數據和人工智能的支撐,高度依賴于煤礦物聯網技術。

    因此,必須創新物聯網技術手段,從根本上突破目前煤礦物聯網的應用瓶頸,有效提升感知能力,為煤礦智能化提供全面、透明、實時、可靠的數據,進一步推動煤礦智能化向更高級階段發展。

    智能化煤礦的感知能力需要從感知節點的數量、智能化程度、對外交互能力等方面來體現。

    首先,要在煤礦作業現場布置大量的感知節點。這就需要感知節點成本低、功耗低、體積小、能夠長時間免標校和維護,基于MEMS工藝的傳感技術明顯具備這些特征,且易于集成和實現智能化,目前已經在消費電子、空氣質量檢測等領域大量應用,這種傳感技術如果在煤礦井下大量應用,將有利于提升煤礦井下作業現場的全面感知能力。當感知節點數量增加后就需要解決維護問題,一方面要通過配備電池加合適的能量捕獲技術解決傳感器長時間供電問題;另一方面通過在井下設置邊緣計算裝置,利用算法實現感知節點的自動標校。

    其次,要提升感知節點的智能化水平。煤礦智能化是通過分布式體現的,必須先解決末端的智能化,因此,必須在井下構建類似地面GPS的位置服務系統,保證感知節點能夠隨時知道自己的位置信息,同時感知節點內置足夠量的故障探針,能及時將自身的健康狀況和實時信息準確無誤地主動發送出來,這樣對于提高整體運維效率具有重大意義。

    再其次,要提升感知節點的對外交互能力。實時互聯能力是智能化煤礦必須具備的一項能力。一方面,感知節點要被其它裝置自動識別,就要有身份識別機制,無論是通過總線還是無線傳輸,發出的信息都需要被其它裝置讀懂,還要有標準規范的鏈路協議,因此解決感知節點的編碼標識和鏈路協議的標準規范化必須先行。另一方面,煤礦井下作業現場,尤其是工作面布置有線線路非常不方便,當感知節點數量達到一定規模時,末端的無線傳輸能力必須與之相匹配,包括可支持的網絡節點容量、數據吞吐量、傳輸實時性、路由能力、滿足感知節點的功耗要求等。因此,要研究滿足煤礦井下大容量、高帶寬、低時延、低功耗的無線網絡技術手段,來解決感知節點的大樣本數據實時傳輸問題。

    可喜的是煤礦工業物聯網技術已經取得了階段性研究成果,譬如中國煤科常州研究院基于類GPS服務的煤礦井下精確定位技術已將靜態定位精度提升到30厘米以內,并成功應用于人員定位系統;傳感器已經設計嵌入了故障探針技術,并通過在單位建立運維監控管理平臺實現對貴州多個煤礦安全生產監控系統的遠程故障診斷和運維指導。國外已有公司采用微功耗感知技術將4參數便攜式環境氣體檢測儀的性能做到可連續使用2年,無需充電和標校。該技術如果應用到煤礦井下感知節點,將有利于提升智能化煤礦的感知能力。

    下一步,煤礦工業物聯網將圍繞煤礦井下高精度位置服務、MEMS無線微功耗傳感技術、故障檢測探針技術、交互協議標準、智能礦山基礎信息軟件平臺等煤礦智能化卡脖子技術持續進行研究攻關,不斷創新工業物聯網檢測手段,提升煤礦智能化安全保障能力。

      

    作者 天地(常州)自動化股份有限公司研發中心主任工程師 ,《礦山物聯網關鍵技術與標準規范研究》項目負責人

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