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研究成果

research

工业互联网智慧矿山

发布时间:2021-11-13 15:41:01

成果简介:智慧矿山的建网环境非常复杂,很多的作业环境是在深井下。为实现采矿工作面和掘进工作面的智慧化,网络的部署既要能覆盖井上的设备生产区、办公管理区、职工生活区,又需覆盖各类深井下的生产区域。

研究成果介绍

(1)网络的特点和面临的挑战

智慧矿山的建网环境非常复杂,很多的作业环境是在深井下。为实现采矿工作面和掘进工作面的智慧化,网络的部署既要能覆盖井上的设备生产区、办公管理区、职工生活区,又需覆盖各类深井下的生产区域。网络功能方面,既要提供生产终端设备的信息上传,还要提供矿山整体环境的监控功能。这都对网络的可靠性、稳定性、安全性、灵活性和扩展性提出了很高的要求。

(2)工业互联网的应用

解决方案以其安全可靠、极简部署、可视运维、灵活扩展等特点适用于矿山安全监控网及远程生产网络;同时为矿山园区及生活区提供高质量的办公和生活网络覆盖,是建设智慧矿山网络的理想方案。以某煤矿企业为例,企业当前网络采用的是以太网环网,连接分布在井上和井下各个机房及变电所的交换机上,由于有线网络传输距离近、维护节点多,并不能连接覆盖矿区全部的自动化设备。企业希望通过升级原有网络提高生产园区的生产设备入网率,建设生产设备的数据采集系统,另一方面希望通过网络升级实现全矿井管控一体化,同时保证数据传输质量的安全性、可靠性及网络设备未来的可扩容性以及易维护性。最终该企业选择部署工业光网的工业 PON 技术建设其矿区数据采集系统。在光纤资源稀缺的情况下,可以采用合分波方式,节省光纤资源,组网架构见图 5。组网方案为:

工业互联网工业光网的行业应用场景(2)智慧矿山

工业光网应用于矿山行业的组网架构图

1)工业光网基于成熟的工业PON技术,矿井上的调度室中心机房配置双OLT(主用与备用),地面和井下采用工业ONU设备连接生产终端;

2)通过单根光纤实现PON数据和5G数据的大带宽传输。井上OLT与BBU下发的数据通过有源合波设备合波,并通过单根光纤传输至井下,使用无源分波设备进行分波,OLT下发的数据经过PON网络传输至ONU,BBU下发的数据通过RHUB传输至pRRU;

3)地面和井下的ONU设备负责各区域的业务接入,各区域的设备将采取就近接入的方式接入工业ONU设备中;

4)采用光纤预连接的建设方案,光纤间采用预置连接盒的方式进行连接,无需在矿山现场进行熔纤,降低了现场熔纤的操作难度和施工危险性;

5)工业ONU设备负责将地面和井下将各区域的生产数据采集后上传到地面调度机房的OLT设备中,再由OLT设备将数据上传到本地区的云数据管理平台;

6)考虑到矿区存在长链组网的应用场景,OLT与工业ONU的网络连接采用不等比分光器架构的手拉手保护的链式组网方式。

7)在光纤资源富余的情况下,可以采用5G数据与PON数据独立回传的方案。

(3)为客户创造的价值

1)通过工业光网的部署,实现了生产终端在井上与井下的按需数据采集,保证了其安全使用;

2)矿区采用光纤作为传输的媒介,可传输距离远,覆盖范围大,网络稳定性高;

3)井上到井下间全部为无源器件组网,降低了网络建设难度,也降低了防爆箱数量和防爆成本;

4)矿区传统采用交换机组网的方案,每个交换机都是IP管理节点,造成部分数据分散在矿下的众多位置。工业PON采用集中管理,所有数据都汇聚到OLT“大脑”,ONU像“四肢”,井下的工业ONU不是独立的管理节点,统一在OLT上进行集中管理。数据从井下全部迁移到井上,极大提升矿业安全,易于管理;

5)井下区域复杂,且涉及动态作业,需要灵活接入各种传感器、摄像头。工业ONU的部署形态较多,除传统的盒式形态外,做到即插即用。同时,工业ONU承载WLAN AP的WiFi回传,对无法铺设光纤的地区也可采用无线方式接入;

6)矿山行业为重型作业现场,网络的保护和状态预警是应用与维护关注的关键问题。工业PON支持采用断纤检测技术,可以对部署的光纤精确到米进行检测,帮助矿区实现故障快速诊断,高效运维。同时支持多点断纤保护,提升了网络的安全性。