探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用模式

董東

[摘要]物聯(lián)網(wǎng)概念出現(xiàn)以來在眾多行業(yè)得以推廣，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文探索了在傳統(tǒng)的礦業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高管理水平和生產(chǎn)效率。

[關(guān)鍵詞]礦山物聯(lián)網(wǎng)；RFID

國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局從“十二五”期間就已經(jīng)提出礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的計(jì)劃，在“十三五”期間又對(duì)整個(gè)礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方面做出了重點(diǎn)布局。礦山物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為礦山信息化發(fā)展必須要面對(duì)的問題，作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后的工礦行業(yè)就需要摸索出一條能夠迅速成果化的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)道路。

一、成熟技術(shù)遷移

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究中心該系統(tǒng)利用有源RFID標(biāo)簽、智能手持終端及基于WiFi的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議從現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境獲取井下物資分類信息與動(dòng)態(tài)使用信息，并通過Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)井下物資信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理。

在該篇文章中提出運(yùn)用了目前較為成熟的有源RFID標(biāo)簽技術(shù)，對(duì)井下生產(chǎn)所用的的各種物資進(jìn)行管理，從物資采購(gòu)入庫(kù)，經(jīng)歷存儲(chǔ)管理，到分配運(yùn)輸，最終物資消耗全生命周期，均由該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管和記錄。智能手持終端作為連接RFID標(biāo)簽和后臺(tái)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的橋梁，實(shí)現(xiàn)物資狀態(tài)的查詢和在數(shù)據(jù)庫(kù)中物資記錄的相關(guān)變更。

該系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)依賴于井下wifi網(wǎng)關(guān)和已建成的成熟井下以太網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于進(jìn)入穩(wěn)定生產(chǎn)期的礦山來說，井下各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，開拓工程量不大，這套方案無疑是非常完善和便利的。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)由地面數(shù)據(jù)服務(wù)器提供，也保障了數(shù)據(jù)環(huán)境安全，井下終端通過網(wǎng)絡(luò)可以獲取和提供實(shí)時(shí)帶有時(shí)間戳的相關(guān)數(shù)據(jù)，這為后期更多類型的數(shù)據(jù)融入提供了良好的基礎(chǔ)，如礦山瓦斯監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，礦井通風(fēng)數(shù)據(jù)，井下機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)，還有礦山災(zāi)害防控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。對(duì)于處于建井期或投產(chǎn)初期的礦山，井下巷道開拓任務(wù)量大，巷道用途變換頻繁，新增井巷數(shù)量大，井下以太網(wǎng)布置就較為困難。該系統(tǒng)的適用性就受到了限制。針對(duì)井下設(shè)備物資的生命周期特點(diǎn)和對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)l生要求的強(qiáng)弱可以把井下數(shù)據(jù)分為兩類，一種是有實(shí)時(shí)要求的高頻變動(dòng)數(shù)據(jù)，如井下災(zāi)害防控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，另一種是無實(shí)時(shí)要求的低頻變動(dòng)數(shù)據(jù)。對(duì)于后者使用先儲(chǔ)存后同步的離線方式來對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)來進(jìn)行更新和讀取，就能夠有效降低對(duì)井下以太網(wǎng)和wifi網(wǎng)管的依賴。

二、領(lǐng)域探索

《礦井物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計(jì)》一文中有關(guān)礦山物聯(lián)網(wǎng)的定位，曾做出這樣的定義：“礦山物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的礦山安全生產(chǎn)公共服務(wù)平臺(tái)，可為礦山安全監(jiān)管與科學(xué)執(zhí)法、礦山生產(chǎn)過程監(jiān)控等提供必要的技術(shù)支撐，更好地保障礦山的生產(chǎn)安全、生態(tài)安全和資源安全。”基于這樣的功能性要求，礦山物聯(lián)網(wǎng)至少應(yīng)當(dāng)具備以下兩個(gè)特征：一是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，接口定義，數(shù)據(jù)格式，通信協(xié)議都制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，便于第三方服務(wù)的接入，第二個(gè)就是基礎(chǔ)主干網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，傳統(tǒng)成熟的礦山遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普及，礦山物聯(lián)網(wǎng)不能完全另起爐灶，最終的目的應(yīng)當(dāng)是各種數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一，在對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用兼容的基礎(chǔ)上，對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的集中，這樣為后期的多種礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

不同的應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求是不相同的，將來的礦山物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)滿足礦山安全監(jiān)督，生產(chǎn)監(jiān)控等多方面的礦山應(yīng)用需求，同時(shí)具備升級(jí)擴(kuò)展的能力，為以后的礦山信息化升級(jí)留有余地。

礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最直接的受益者之一應(yīng)當(dāng)是礦山井下工作人員，井下工作人員擔(dān)任著礦山物聯(lián)網(wǎng)信息的采集者和礦山物聯(lián)網(wǎng)信息的接收者的雙重身份。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，一種通過內(nèi)置NRF24L01無線通信模塊實(shí)現(xiàn)井下人員定位，井下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控，物資管理等多種功能的礦燈的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)提出。在礦山物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，人員定位信息和井下采集到的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)信息等重要數(shù)據(jù)通過wifi互聯(lián)網(wǎng)上傳至地面服務(wù)器。在功能設(shè)計(jì)上該無線通信模塊具備雙向通信功能，完全有能力從地面數(shù)據(jù)庫(kù)獲取相關(guān)的信息數(shù)據(jù)傳遞給井下工作人員，為井下人員的工作生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支持，如在井下避災(zāi)過程當(dāng)中獲取有關(guān)礦井災(zāi)害的相關(guān)情況，在維修調(diào)試設(shè)備中獲取整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)行情況等。

智能家電現(xiàn)在已經(jīng)不是單純的一個(gè)概念，各式各樣的物聯(lián)網(wǎng)電器已經(jīng)出現(xiàn)在各行各業(yè)。如果能夠適時(shí)出臺(tái)統(tǒng)一的礦山物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，礦山設(shè)備生產(chǎn)廠家就可以直接生產(chǎn)具備物聯(lián)網(wǎng)接入能力的礦山設(shè)備，這樣可以大大簡(jiǎn)化礦山物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中礦山企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)環(huán)節(jié)和建設(shè)難度。由此增加的設(shè)備制造成本與后期的礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)以及所需額外安裝的各類傳感器相比是微不足道的。

國(guó)家已經(jīng)把“礦山物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)”項(xiàng)目列入了“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，礦山物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和產(chǎn)品認(rèn)證制度在逐步完善和健全，礦山生產(chǎn)行業(yè)和礦山裝備生產(chǎn)廠家進(jìn)行一次全新的變革，由設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)、礦山生產(chǎn)企業(yè)、國(guó)家管理部門三方共同作用，推進(jìn)礦山物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

三、結(jié)語

近幾年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)的礦山生產(chǎn)和管理產(chǎn)生了巨大變化。在礦山物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和建設(shè)中，少走彎路，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)徹底擺脫礦山生產(chǎn)管理中各部門各自為政，各自一套標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)封閉的局面。從業(yè)人員、生產(chǎn)設(shè)備、礦用物資、監(jiān)管監(jiān)控等多方部門實(shí)現(xiàn)信息共享、數(shù)據(jù)透明、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的目標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、設(shè)備認(rèn)證、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)三方面同步推進(jìn)，擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦山生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，助力礦山發(fā)展。