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智慧矿山

5G远控,开启机进人退的“煤”好生活

日期:2022-09-15 来源:华为智能矿山 责任编辑:马东

内蒙古智能煤炭有限责任公司采煤机5G远程控制商用纪实

        作为5G实践的先锋,内蒙古麻地梁澳门新葡游戏中心app下载在综采面核心生产环节上实现了5G远控,并保持常态化运行,在 “少人则安、降本增效、为矿工谋幸福”的道路上迈出了坚实的一步。

文/内蒙古智能煤炭有限责任公司党委书记、董事长 吴劲松

华为运营商BG XtoB工作组 张艳辉

2022年09月

        内蒙古智能煤炭有限责任公司位于内蒙古准格尔旗西南部,是由皖北煤电集团控股的现代化企业。从呼和浩特驱车200公里来到此地,全程需3个多小时,一路沟壑纵横,犹如大地的脊梁,雄壮而沧桑。

        内蒙古智能煤炭有限责任公司的麻地梁澳门新葡游戏中心app下载,为井工澳门新葡游戏中心app下载,核定生产力800万吨/年。矿井于2017年开始智能化建设,2019年4月10日,公司获批内蒙古自治区第一批智慧矿山试点示范企业,煤炭企业仅此一家。作为5G实践的先锋,我们早在2019年10月就在地面部署了5G网络,开展5G高清视频及主斜井皮带机巡检机器人5G组网试验;2020年6月在井下部署了5G网络,将5G应用于矿山最核心的生产系统——采煤机5G远程控制。

        澳门新葡游戏中心app下载地处偏远,井下工作环境恶劣,员工年龄老化、从业人员断档严重是煤炭新京葡app澳门潜在的危机:40岁以上占比高达63%,30岁以下仅占11%,澳门新葡游戏中心app下载招工难已开始显现。

        安全是澳门新葡游戏中心app下载的刚需和底线。澳门新葡游戏中心app下载井下环境封闭、条件复杂,冲击地压、瓦斯爆炸、透水等事故多发。2020年,中国每开采百万吨煤死亡0.059人,虽然较2016年大幅下降63.6%,但澳门新葡游戏中心app下载事故仍然频发,2020年死亡225人。

图1 澳门新葡游戏中心app下载从业人员年龄分布 来源:现代商贸工业,2020.8

图2 安全事故逐年减少,死亡率大幅下降(来源:国家应急管理部、国家矿山安全监察局、中国煤炭工业协会)

        近几年来,内蒙古智能煤炭有限责任公司麻地梁澳门新葡游戏中心app下载一直致力于借助5G等数字技术,助力传统煤炭新京葡app澳门转型升级、克服新京葡app澳门危机,实现可持续发展。

一、为什么选择5G技术对采煤机进行远程控制?

        井下的综采面是澳门新葡游戏中心app下载生产的核心环节,所有的煤都从这里开采然后进行转运。传统综采工作面灯光昏暗、噪声轰鸣、灰尘潮湿,这里既是整个澳门新葡游戏中心app下载最核心的生产环节,也是井下最危险的地方之一。现在,5G低时延让地面远程控制成为可能。工人的工作环境可以从恶劣的地下,转到舒适,明亮,干净的地面集控中心。

在许多场景中,比如采煤机割煤,采煤机时刻处于移动状态,远程控制对时延要求极其敏感,过去我们曾经探索过其他的技术,光纤有线易折断,而无线技术,如4G和WIFI又有时延高、不稳定的情况,会造成采煤机停机保护,生产中断。

        因此,从矿方的角度来看,5G远控的商用标准是:1.从井上直接遥控井下;2.保证5G远控长期常态运行。

        然而,即使是5G技术,最初也不能很好地适应井下环境。综采面环境复杂,充满不确定性,例如:采煤机割煤,每刀800mm,液压支架跟机移动,可能会出现后面的5G信号被前面的支架遮挡,甚至造成非视距的情况;另外,还存在诸如采煤工作面金属物多,“多镜效应”导致5G网络不稳定等情况。麻地梁在2020年9月便完成了采煤机5G组网对接、控制试验,但由于使用5G CPE单链路远程控制的方案时,出现了时延不稳定情况,导致采煤机频繁地停机保护,既影响了生产,也影响了麻地梁对5G的信心。为此,华为公司作为牵头人,大力开展矿用5G技术的难点攻关,保障5G应用场景落地,避免大部分澳门新葡游戏中心app下载企业知难而退,拒绝5G。

        2021年3月30日华为协同多方伙伴进行了入井检测,发现综采面5G网络时延波动大,甚至偶尔会跳变到上百毫秒,哪怕发生一次大时延跳变,采煤机就会触发停机保护。作为澳门新葡游戏中心app下载最核心的生产设备,采煤机是澳门新葡游戏中心app下载的生命线,如何保证它的5G远程控制稳定运行至关重要。

二、5G远控商用是如何实现的?

        面对挑战,在华为、麻地梁澳门新葡游戏中心app下载、运营商、终端&工程厂商、装备厂商的五方协同下,通过四大举措,大力开展矿用5G技术的难点攻关,全球首个采煤机5G远控商用得以实现。

图3 采煤机5G远程控制总览图

1.5G远控技术创新-AR双发选收

        合作方:华为+麻地梁+装备厂商(上海天地)+运营商(内蒙移动)

        5G虽然提供了低时延,但稳定可靠的低时延才是5G远控商用的核心。综采面环境复杂,实践证明,无线单链路无法保证远控稳定运行。

图4 AR双发选收原理图

        华为通过独有的AR双发选收技术,为5G控制提供稳定可靠的低时延,使能矿山远程控制类业务。AR双发选收技术,在发送端对控制流进行复制,利用两个空口冗余发送相同的报文;谁先到达接收端就选择哪一路报文,从而实现“系统级”时延最优,克服某一路空口突发大抖动影响,实现时延的稳定性大幅提升。

图5 麻地梁澳门新葡游戏中心app下载综采面

2.OT/CT适配和预验证

        合作方:装备厂商(上海天地)+华为+终端&工程厂商(上海山源)

        为了现场高效实施,把对生产的影响降到最低,采煤机的5G 远控在澳门新葡游戏中心app下载部署之前,必须在实验室搭建模拟环境,进行预验证 。在该项目中,上海天地提供采煤机控制单元、上海山源提供矿用5G CPE,华为提供AR502H-5G和5G专网,三方联合进行测试验证。

图6 实验室预验证组网图

        首先是OT/CT网络打通,然后是双发选收功能验证、主备倒换门限测试、采煤机停机保护真实门限验证(这个将决定在实际环境中最恶劣的RTT时延上限);还需要装备厂家做OT参数调整和版本迭代,如初始验证是基于5G为主、光纤为备的方案,但采煤机控制链路会在5G和光纤频繁回切,产生乒乓效应,从而导致系统挂死,因此需要修改采煤机内部交换机的5G检测机制和优化链路倒换门限等。

3.工程优化

        合作方:麻地梁+终端&工程厂商(上海山源)+装备厂商(上海天地)

        实操过程还必须考虑工程因素。包括隔爆5G AR、隔爆CPE需要安装在采煤机腔体内部并做减震处理;另外,5G AR和CPE外置天线支架的设计要考虑可安装性;为了尽量保证两路无线信号的差异性,5G CPE和5G AR天线要拉开一定距离(如麻地梁两者间隔6米);还需要做AC/DC转换给AR和CPE供电(如麻地梁220V AC/24V DC 转换)等。

图7 麻地梁澳门新葡游戏中心app下载综采面

4.网络优化

        合作方:运营商(内蒙移动)+华为+终端&工程厂商(上海山源)

        实践证明,网络优化必不可少。首先需对井下工作面无线环境进行路测摸底;并根据摸底情况进行天线调优、参数调优,保证综采面处于一个较优的无线环境。

图8 测试结果数据(备注:纵轴单位为秒,采煤机每40ms发送一个检测报文。)

        2021年8月5日,采煤机5G远控完成所有安装、调测,启动试运行。由于没有先例,我们战战兢兢,采煤机5G远控能否稳定运行,唯有交由时间来验证。与此同时,我们和华为、内蒙移动合作,对网络指标(RTT时延、抖动、RSRP等)进行了50天的持续跟踪,测试效果良好,期间采煤机实现“0”中断的正常运行。该系统稳定运行,标志着5G远控正式走向商用,在煤炭新京葡app澳门“少人则安、降本增效、为矿工谋幸福”的道路上迈出了坚实的一步。

三、5G远控的价值

        2021年9月29日,工信部连线麻地梁矿,我们汇报了5G智能化建设的情况,尤其是采煤机5G远控的商用情况,获得工信部的高度认可;2021年11月7日,经过为期3天的严格对标检查,内蒙古自治区智能化矿山评估验收组及专家组一致认定:麻地梁顺利通过智能化矿山评估验收。采煤机5G远控在智能化验收中成最大亮点,我矿产能由500万吨/年提升到800万吨/年。

        麻地梁澳门新葡游戏中心app下载的5G远控正式商用,拉开了5G进入矿山核心生产系统的序幕,也给我们带来了切实的价值。

        少人:单个采煤工作面入井减少9~15人;

        降本:光电复合缆节省600米/工作面,节省成本60万元/年/工作面;

        提效:采用煤机5G远控,避免了光纤断裂导致生产中断,确保了设备开机率,增加了产能和产值;

        提升员工幸福感:综采面采煤机司机等工种,他们的工作可以从恶劣的井下,转到舒适、明亮、干净的地面集控中心。

        麻地梁采煤机5G远控常态化运行,极大鼓舞了澳门新葡游戏中心app下载新京葡app澳门对5G进入核心生产系统的信心。进入2022年,5G矿山在中国已经呈现燎原之势,相信5G将进入更多矿山核心生产系统,为矿企带来切实价值,为传统新京葡app澳门的数字化转型贡献力量。

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