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《中国煤炭报》:澳门新浦新京8455com研发煤矿物联网平台与单兵装备项目纪实
2021-07-09 09:33  

▲智能矿灯

▲技术人员讲解智能矿灯工作原理

▲管理人员在地面办公室通过单兵装备与井下工作人员视频连线

▲袁店一矿调度人员在查看井下工作人员定位

井下通信有“神器” 风险隐患无处藏

——澳门新浦新京8455com研发煤矿物联网平台与单兵装备项目纪实

记者见到杨士玉的时候,他正准备下井。杨士玉是澳门新浦新京8455com信湖矿信息化班的班长,只见他在戴矿工帽之前,试了试矿工帽是否工作正常。“这可不是普通的矿灯,它能实现井下通信和人员定位。”杨士玉说。

这个智能矿灯实际上是澳门新浦新京8455com研发的单兵装备中的一项。依靠单兵装备与煤矿物联网平台,该集团将实现井下作业全程可控,大幅提升矿井安全管控水平。

前不久,国务院国资委发布2020年国有企业数字化转型典型案例,煤炭企业有3个项目入选,其中就有澳门新浦新京8455com煤矿物联网平台与单兵装备项目。这是该项目自入选国家能源局第一批能源领域首台(套)重大技术装备项目名单后,获得的又一殊荣。

井下找人不再是难题

“过去,有人这样总结煤矿工作的特点:一是找人难,二是运输难。”该集团机电装备部副部长殷鹏笑着说。

找人难,是因为井下通信联络困难,一旦人下了井,联系只能依靠固定电话。运输难,是因为井下环境复杂,巷道拐弯、起伏较多,增加了运输难度。

过去,井下只有有线网络,部分信息化、自动化系统只能通过光纤、网线连到主干网络,造成网络重复建设、结构复杂,且网络运行维护、移动设备信号接入难度较大。同时,通信系统融合度不高,无线通信、应急广播、固定电话等不能通联。

为解决这一难题,澳门新浦新京8455com与厂家合作,共同研发煤矿物联网平台与单兵装备。该项目的成功研发应用,解决了复杂工况环境下WiFi无线传输稳定性不足、并发量小、延时高的问题,并具备数据传输跨基站无线漫游等功能。同时,该集团注重小型化、多功能、实用性装备设计,打通了井下各系统数据接入通道“最后一公里”。

目前,该项目在信湖矿和袁店一矿实施应用,为该集团的煤矿智能化建设打下了坚实基础。

“现在在井下找个人很容易。”说着,杨士玉在信湖矿安全生产调度中心打开电脑端“融合调度平台“,使用智能矿灯的人名一目了然,人名下面还有唯一的编码。如果在井下,矿灯显示为绿色;反之,则显示为灰色,“要联系谁,只要点击人名,就可以了”。

智能矿灯就像个“黑匣子”

“煤矿物联网平台可分为物联网和平台两部分,物联网指的是井下无线融合感知网络,平台指的是后台融合通信平台。平台分为手机版和电脑版。手机版‘矿井通’可以随时随地联系对方。电脑版集成了调度电话、应急广播、人员定位等系统,实现系统集成、数据信息互联互通。”澳门新浦新京8455com机电装备部信息与装备技术研究室主办张明泉介绍,“单兵装备指的是每个人随身携带通信、定位、摄像等工具的集约化统称,目前最典型的是智能矿灯。”

张明泉告诉记者,智能矿灯是在不改变矿灯形态的基础上,集成智能芯片、摄像头、通话装置等模块于一体制造的。“我们在反复建模的基础上,采用本安化电路设计,满足了智能矿灯防尘、防水、抗摔的要求,并且不改变其外部形态。”张明泉说。

变身后的矿灯就像一个“黑匣子”,具备音视频对讲、人员连续定位、图片和视频拍摄并传输、调度呼叫、紧急报警、群组对讲等功能;具备蓝牙数据中继功能,如连接蓝牙便携式瓦斯检测仪,可以实时上传瓦斯检测浓度数据,一旦发现瓦斯浓度超标,就会报警;具备录音、拍照、摄像功能,方便记录现场相关信息,有网络时自动上传到服务器,无网络时本地保存200小时声音文件。这些功能让井下与地面高效通联,拓展了安全监管渠道和范围。

“矿灯在这里更像一个数据中介,只要设备有蓝牙功能,都可以与矿灯相连,把数据通过矿灯传到地面。”张明泉说。

除了智能矿灯,目前,澳门新浦新京8455com开发的单兵装备还有智能手机、蓝牙激光瓦斯传感器等。

管理注重过程与细节

孙远超是信湖矿机电副总工程师。2018年,孙远超来到信湖矿,一直参与该矿的智能化建设。“单兵装备应用后,管理上有了很多新变化。”孙远超说。

过去,他们会在井下人员集中区安装一个扩音设备,如果发生紧急情况,通过广播通知大家撤离。“现在有了智能矿灯就不一样了,可以远程监控和通信。一旦发生危险,可以定位到具体位置。”孙远超说。

信湖矿在今年5月18日顺利实现了联合试运转。在此之前,矿上做了大量的准备工作。“有一次,在安装支架的时候出现了问题,要是按照过去的做法,需要等着技术人员来处理,光等待就花费1个小时至2个小时。”张明泉说,“现在,矿工用智能矿灯、智能手机拍了照片和视频,技术人员远程指导,大大缩短了解决问题的时间。”

记者注意到,在智能矿灯的电池处贴着使用说明,用颜色的不同来区分其不同的功能。比如红色是开机键、黄色是呼叫调度键、橘黄色是组播对讲键、灰色是拍照和录像键。

信湖矿利用智能矿灯的功能,根据工种的不同建设工作群,实现了群呼。班长分配工作后,也可以通过这个功能,了解每个人的工作进展情况,发现问题随时解决。

如今,信湖矿班队长以上的管理人员都配备了智能矿灯。杨士玉说:“我使用快2年了,操作简单,不妨碍干活,效果挺好。”

“现在,只要打开电脑上的‘矿井通’,就能随时随地与井下人员进行视频对讲、图片传输、实时通话。”澳门新浦新京8455com机电装备部信息技术室负责人周泉说,“还能远程控制对方矿灯上的抓拍功能,随时抓拍并查看井下现场的图片。”

“从前是粗放式管理,只看结果;现在变成过程管理,注重平时工作的细节。班组长或者管理人员通过智能矿灯可以随时看到矿工的作业方式,有什么不规范的地方,随时指出来。”孙远超说,“智能矿灯还能实现精准定位,对应急救援工作意义重大。”

这样一来,通过无线物联网基站,井下作业人员与调度指挥中心数据信息能够实时传输;利用智能芯片、算法分析进行实时定位,能够连续记录矿工位置、通话声音等,为灾害救援、事故分析、后期取证提供详实依据。

攻克一系列技术难关

为解决通信联络难题,提高生产调度指挥效率,澳门新浦新京8455com机电装备部于2018年组建了专业研发队伍,研发应用井下无线物联网基站及智能矿灯装备,攻克了一系列技术难关。

据了解,随着工作面回采、掘进的推进,设备及通信光缆需要不断挪移,光缆易折断,由此带来的维护量十分巨大。同时,材料投入也很大。在煤矿井下几百米甚至千米深处,相比4G、泄露通信等技术,WiFi技术成本低、适用性强,结合井下万兆工业控制环网,可同时规范井下网络结构,解决煤矿井下数据传输量大、网络结构复杂、多网重复建设、标准不统一等难题。“过去井下就有WiFi,我们在原来的基础上进行优化。”孙远超说。

“我们把人员定位系统和无线通信系统进行融合,做成一个系统,这样的话,整体布线、设备就相对简化,光缆敷设及后期使用维护的工作量显著减少。”张明泉说。

但很快,他们遇到了建设无线物联网基站的难题。“一开始以为在井下做基站和地面差不多,做点防爆认证就可以了。后来,随着研究的深入,我们发现井下管道、移动设备以及巷道折射等对无线信号传输干扰较大,应用到工业上要考虑网络数据传输速度及基站之间切换速度。”张明泉说。

张明泉举例说,比如家用无线路由器,手机在有2个无线路由器的环境下,如果要切换,必须断开一个路由器之后,才能连接另外一个。但是,这在工业上不允许,因为中断后再次连接,需要花费几十秒甚至一分钟的时间。

“最终,我们通过对漫游算法的优化,使终端实现了根据信号强度自动快速切换基站连接。”张明泉说,“同时,通过对无线天线内部结构进行优化,实现了信号定向长距离可靠传输。”

无线网络建成之后,进一步扩展了智能手机的功能。“井下人员通过WiFi智能手机,就和在地面一样,可以实时登陆矿上和集团的信息系统,实现井下移动办公,同时也能快速查阅生产大数据信息,通过‘微信生产管理群’及时准确发布指令。”袁店一矿数字化信息中心负责人王桂华说。

而移动设备运行状况的实时监测和控制,为下一步智能化、无人化提供保障。

“今年4月,通过加装基站,信湖矿井下818工作面机风巷已经实现无线信号全覆盖,安全生产效率大大提高,818工作面因此提前15天完成安装。”孙远超说。

在整个研发过程中,澳门新浦新京8455com组织专业技术人员深度参与项目的研发和建设过程,并提出了意见。产品研发出来后,澳门新浦新京8455com的技术人员进行现场反复测试,并要求矿上总结归纳使用中存在的问题,针对问题进行整改。

据介绍,该研究成果利用无线WiFi、物联网等技术,研发出适用于井下复杂工况条件下的WiFi物联网综合基站,结合万兆工业控制环网,规范网络结构,打通了井下网络通信的“最后一公里”,为井下智能装备、环境监测、工业视频、生产控制等系统提供统一、快速、可靠的数据传输通道。

下一个目标是完善无线应用

单兵装备面世后,产品也在不断的优化。就拿智能矿灯来说,目前已经到第三代。

据介绍,目前智能矿灯实现了连续定位,能够了解职工在井下的行动轨迹,但不能精准定位。

为此,技术人员确定了下一步的改进方向。一是深入研究WiFi6技术,进一步提高人员定位精度、基站切换速度。二是优化底层软件系统,让智能矿灯运行稳定;研究语音控制技术,扩展矿灯语音拨号、定制信息播报等交互功能。三是推广应用无线视频、智能传感、移动设备在线监测等,开发智能点巡检、智能运维等手机APP,完善无线应用生态。

此外,智能矿灯对电池的使用时间要求是连续放电时间不低于11个小时,如果功率大的话,会增加电池的负担。“因此,功率发射单元还要优化,要考虑低耗能。”孙远超说。

最终,智能矿灯经过不断的优化、改进,实现了音频、视频传输流畅、无延时。

“下一步,我们的目标是研发智能腕表,方便随时掌握职工的健康状况。”孙远超说,“比如,在遇到危险情况下,职工情绪紧张,血压等出现异常,这时只要佩戴腕表,就可以自动触发应急开关。”

“随着各种智能装备的不断成熟,矿用单兵智能装备集成化,将进一步推动安全生产由人防模式向技防模式转变,全面提高矿井安全管控水平,实现井下作业过程可监、可控。”澳门新浦新京8455com机电装备部部长张传江信心十足。(本报记者 董衡 通讯员 梁崴 乔时庆)

来源:《中国煤炭报》 2021年7月8日 3版

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