煤礦自動化與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探討

【摘要】第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮中物聯(lián)網(wǎng)在其中站著主導(dǎo)的地位，物聯(lián)網(wǎng)不僅僅是網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該說更是業(yè)務(wù)和應(yīng)用，所以說物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心是應(yīng)用創(chuàng)新。將物聯(lián)網(wǎng)運用到煤礦上，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等一些措施，為解決在煤礦自動化中存在的不重視標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、多角度的感知手段缺乏、忽視軟件集成，重視硬件集成、缺乏各種科學(xué)角度的結(jié)合、缺乏應(yīng)用層面的信息融合、沒有泛在的感知網(wǎng)絡(luò)等缺陷，要解決這些缺陷必須要在煤礦自動化中建設(shè)煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)，為了提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)效率，須實現(xiàn)災(zāi)害感知、設(shè)備感知、人員感知，從而實現(xiàn)主動式安全保障，預(yù)知設(shè)備維修，確保減災(zāi)安全的建設(shè)目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】感知物聯(lián)網(wǎng)；煤礦綜合自動化；信息集成

引言

物聯(lián)網(wǎng)概念是由互聯(lián)網(wǎng)為中心，將任何物品的用戶端延伸擴(kuò)展到物品上，從而使人與人，人與物，物與物之間產(chǎn)生內(nèi)在的聯(lián)系，達(dá)成一個進(jìn)行信息交換、通信控制和管理決策的一種概念，本文將闡述煤礦自動化與感知物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系和結(jié)合，從而實現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)，提高礦山的生產(chǎn)能力，以實現(xiàn)煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)。

一、目前煤礦自動化生產(chǎn)中所存在的問題

通過大量資料可以得知在我國煤礦企業(yè)中應(yīng)用的自動化多數(shù)采用的是三層架構(gòu)及兩大基礎(chǔ)平臺。傳統(tǒng)的井下監(jiān)控系統(tǒng)和工作面生產(chǎn)相互獨立的狀態(tài)通過煤礦自動化模型而改變，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)集成比，從而也很大的提高了生產(chǎn)及管理效率。但通過多年煤礦自動化的應(yīng)用中存在著一些問題，最主要的就是在風(fēng)險預(yù)警和生產(chǎn)監(jiān)控中所出現(xiàn)的問題。

（一）缺乏標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)

在自動化建設(shè)初期，沒有很好的利用由平臺軟件服務(wù)商所提供的上層控制中心的平臺建設(shè)，相反平臺建設(shè)和施工緩解都是由自動化網(wǎng)絡(luò)集成商參與完成的， 這恰恰是煤礦綜合自動化沒有被合理應(yīng)用的一個重要原因。同時這也導(dǎo)致了一個多科學(xué)研究服務(wù)的開放性系統(tǒng)不能在礦山綜合自動化方面實現(xiàn)。

（二）多角度的感知手段的缺乏

現(xiàn)在的子系統(tǒng)中包含著煤礦綜合自動化感知系統(tǒng)，即子系統(tǒng)是由執(zhí)行器和傳感器沒能構(gòu)成一個靈活實用的邏輯系統(tǒng)而被約束在子系統(tǒng)中，分布式傳感和微機(jī)電化集中傳感器沒能總夠的利用，再加上信息不能太好的融合，傳感手段老舊，缺乏多角度感知性。

（三）忽視軟件集成、重視硬件集成

現(xiàn)在煤礦自動化的三層構(gòu)架和兩大基礎(chǔ)平臺的理論模型在煤礦自動化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中已被完全貫徹，如果軟件和硬件有機(jī)結(jié)合，系統(tǒng)完全開放，從分發(fā)揮自動化系統(tǒng)最大的能力，就不會出現(xiàn)實際情況中重視硬件網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺的搭建，更不會出現(xiàn)忽視軟件平臺的搭建。現(xiàn)在的自動化系統(tǒng)只是順從單一的網(wǎng)絡(luò)傳輸，造成了實現(xiàn)信息透明的錯誤結(jié)果，其中各個生產(chǎn)系統(tǒng)接收到底層的原封不動的數(shù)據(jù)，是因為上層控制中心沒有一個合理的數(shù)據(jù)平臺支持，沒能將數(shù)據(jù)合理的綜合利用起來。

（四）缺乏各種科學(xué)角度的結(jié)合

任何一門技術(shù)都不是獨立存在的，都需要各種科學(xué)角度的結(jié)合。所以只有結(jié)合計算機(jī)、監(jiān)控檢測、采礦、地質(zhì)、安全、測量、管理、通信、智能信息處理等多學(xué)科才能實現(xiàn)煤礦的信息化。如果沒有一個統(tǒng)一的軟件平臺那么這些學(xué)科就不能在統(tǒng)一的平臺上進(jìn)行研究，即使有其他學(xué)科的研究成果及相關(guān)知識也不能 統(tǒng)一的開展。因此只有彌補(bǔ)了礦山綜合自動化系統(tǒng)存在的缺陷，才能實現(xiàn)這種平臺的搭建。

（五）缺乏應(yīng)用層面的信息融合

因為沒有來自系統(tǒng)的智能決策所以只是將各個工作面的傳感器系統(tǒng)匯總到井下子系統(tǒng)中。 然而子系統(tǒng)的聯(lián)動性和融合性卻由于缺乏上層控制中心的數(shù)據(jù)管理平臺的和煤礦企業(yè)忽視軟件集成、重視硬件集成等原因大大降低。所以，事實上子系統(tǒng)只是負(fù)責(zé)了簡單的網(wǎng)絡(luò)融合。

（六）沒有泛在的感知網(wǎng)絡(luò)

由于井下工作面較大，從而造成無線覆蓋盲區(qū)很大。現(xiàn)在能做的是集中式的監(jiān)測，即通過電纜直接到工作面?zhèn)鞲衅鞯姆绞剑_(dá)不到分布式控制和監(jiān)測。因為單一的傳感器和執(zhí)行器不能完全有效的覆蓋和感知這一礦區(qū)，并當(dāng)井下的工作流動性很大時，導(dǎo)致許多工作面的流動規(guī)則、危險源都不能得到有效的確認(rèn)。

綜合上面提出的六種因素，礦山綜合自動化系統(tǒng)無法完全用信息覆蓋整個礦區(qū)，沒有信息、物、人之間的交流平臺，缺乏多種角度的結(jié)合服務(wù)，無法感知礦山的物理世界，因此要想實現(xiàn)煤礦的精確管理，資源共享以及對生產(chǎn)實時的監(jiān)控，就需要將感知物聯(lián)網(wǎng)運用到煤礦上完成對綜合自動化系統(tǒng)的補(bǔ)充。

二、關(guān)于煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)

（一）煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

該網(wǎng)絡(luò)由應(yīng)用層、傳輸層和感知層這三層結(jié)構(gòu)組成，是為了開發(fā)數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)對整個礦山的控制管理并且監(jiān)測整個礦山的生產(chǎn)，從而把整個礦山綜合起來形成一個有機(jī)體。該物聯(lián)網(wǎng)通過將井下的自動化子系統(tǒng)以及各個工作面的監(jiān)控系統(tǒng)集成到該網(wǎng)絡(luò)體系中架設(shè)成一個統(tǒng)一的控制平臺來實現(xiàn)。

（二）煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)的四類模塊

煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)由四大模塊構(gòu)成：

1.硬件平臺，該平臺具有開放性包括千兆骨干網(wǎng)絡(luò)和感知網(wǎng)絡(luò)；

2.M2M應(yīng)用平臺，并且有關(guān)礦山管理和生產(chǎn)的所有軟件都集成在該應(yīng)用平臺上；

3.煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)有三大核心內(nèi)容，災(zāi)害感知、設(shè)備感知和人員感知；

4.各種應(yīng)用系統(tǒng)。

（三）功能模塊

1.應(yīng)用系統(tǒng)。

辦公自動化、煤礦供應(yīng)鏈管理、煤礦災(zāi)害預(yù)警與防治、煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理、煤礦安全隱患排查和應(yīng)急預(yù)案管理等都屬于應(yīng)用系統(tǒng)。

2.應(yīng)用平臺。

應(yīng)用平臺包括GIS礦山定位系統(tǒng)和3DVR軟件，該平臺是一個不僅融合了用戶權(quán)限、用戶管理還將礦山的井下的實時監(jiān)控、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、事故數(shù)據(jù)的查看記錄和分析、報警數(shù)據(jù)、礦山地質(zhì)運動的歷史記錄等都融合在一起的應(yīng)用平臺。

3.骨干網(wǎng)絡(luò)。

煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)即專供高速傳輸使用的，在調(diào)度中心配備相應(yīng)的軟硬件，架設(shè)多臺集群服務(wù)器的工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備。該設(shè)備包含兩個工業(yè)以太網(wǎng)：一個是連接礦井上、下的告訴千兆工業(yè)以太網(wǎng)；另一個是井上調(diào)度指揮中心的工業(yè)以太網(wǎng)。

4.感知網(wǎng)。

感知網(wǎng)是通過無線傳感器實現(xiàn)整個礦區(qū)的無縫覆蓋，它首先在礦區(qū)的各個工作面上安裝上無線傳感器，然后將各個工作面上的無線傳感器連接到千兆工業(yè)以太網(wǎng)上。

5.設(shè)備感知。

設(shè)備感知的功能是對礦井上、下的輔助運輸系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控，這樣就可以隨時感知各個設(shè)備的工作狀況且大大減少了井下的看設(shè)備人員的數(shù)量。該功能是通過設(shè)備傳感器來輔助完成，由設(shè)備傳感器隨時將各個設(shè)備的工作狀態(tài)發(fā)送到控制中心，從而及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障。

6.人員感知。

人員感知是為了使井上的控制指揮中心能隨時監(jiān)控下井人員的情況，包括人員數(shù)量、操作是否違規(guī)等。該功能通過把下井人員的定位系統(tǒng)以及安全監(jiān)測集成到信息終端來實現(xiàn)。

7.災(zāi)難感知。

災(zāi)難感知是進(jìn)行預(yù)兆信息的感知，提前預(yù)報災(zāi)難，使相關(guān)工作人員有時間做好防御措施。（礦井上常發(fā)生的災(zāi)難有井下地震、透水、煤和瓦斯突出、煤塵瓦斯爆炸、井下電氣火災(zāi)等）

三、結(jié)論

綜上所述，煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)能夠有效的解決以上總結(jié)的目前煤礦自動化生產(chǎn)中所存在的六大問題，有效地彌補(bǔ)了煤礦綜合自動化中存在的不足。因此，要在煤礦自動化的基礎(chǔ)上建設(shè)煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)災(zāi)害感知、設(shè)備感知、人員感知，從而實現(xiàn)主動式安全保障。

參考文獻(xiàn)

[1]衛(wèi)何.基于無線物聯(lián)網(wǎng)的基站運維管理系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[J].煤炭技術(shù)，2011，12.

[2]張登宏.煤礦安全檢測系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2011，12.

作者簡介：王棟平（1981—），男，江蘇常州人，工程師，天地（常州）自動化股份有限公司監(jiān)控分院工程中心主任助理，主要從事礦山數(shù)字化建設(shè)和工程管理工作。