物聯網技術在煤礦自動化系統中的具體實現

張力

[摘 要]科技的飛速發展，進一步促進了物聯網技術的發展與進步，該技術的應用領域不斷擴展。在煤礦生產過程中，以往的發展模式不僅自動化程度偏低，還需要花費較高的成本，無法給煤礦企業帶來更高的經濟效益。基于此，本文以物聯網技術為核心，構建了煤礦自動化系統，利用計算機等現代化設備確保井下煤礦生產與決策的自動化、信息化，極大地推動了煤礦企業管理的現代化發展。通過構建基于物聯網的煤礦自動化系統，不僅可以大幅提高管理效率，還能有效減少人工需求，進而極大節約企業的人工成本投入，這對于提高企業經濟效益具有非常積極的意義。

[關鍵詞]物聯網技術;煤礦;自動化系統

0? ? ?引 言

近年來，物聯網技術的快速發展，使其在越來越多的領域中開始大放異彩，如無人駕駛汽車、智慧交通、零售行業等，使更多人認識到物聯網技術的應用價值。在煤礦開采領域，煤礦企業逐步嘗試將物聯網技術應用于其中，以此建立以物聯網技術為核心的煤礦自動化系統，并取得了非常理想的應用效果，不僅顯著提高了煤礦開采效率，而且大幅提高了煤礦企業的自動化管理水平，實現了對煤礦開采作業的實時化、全天候、全方位監控。對此，本文對物聯網技術在煤礦自動化系統中的具體應用進行了深入探討與研究。

1? ? ?煤礦自動化系統的設計與結構

一直以來，我國在開采煤炭資源過程中大多通過人工實現，使開采工人的勞動強度非常大，且生產效率較低，極易發生安全事故。在20世紀80年代，煤礦開采作業開始逐步引入機械化設備，一定程度上提高了生產效率，不過相比于國外發達國家而言，在自動化水平上仍有較大差距。所以，構建自動化系統實現煤礦生產與管理，已經成為煤礦企業可持續發展的必然選擇，也是提高生產率與經營效益的重要舉措。

對于煤礦自動化系統來說，其構建目的在于更好地推動礦井信息化建設，以此實現對煤礦生產的科學管理、監督與控制，并將其作為整個煤礦自動化系統中的主導思想。在煤礦自動化系統中，核心在于監控，且借助物聯網技術，能夠將煤礦生產中的各個環節有機結合，進而形成一個高度統一的整體。在煤礦自動化系統中，系統的層級結構主要包括控制層、信息層與設備層。其中，控制層中構建了綜合自動化系統，該層級能夠起到控制與聯系其他層級子系統的作用，且可利用接口將信息層與控制層進行高效聯系。對于控制層來說，其能夠利用高速以太網統一整合各個子系統，以此形成相應的工作控制網，在該網絡中，各個節點均可看作是一個對應的子系統。煤礦自動化系統在運行過程中會借助文件上傳、數據庫共享等，以此高效整合所有子系統中的信息。在煤礦自動化系統中，信息層可以看作一個全礦級的信息管理系統。煤礦自動化系統能分別在井上與井下建立對應的網絡系統，以保障數據在礦井中高效傳輸，使煤礦企業能夠有效控制礦井的每個生產環節，并將重要信息在信息層進行交換，使煤礦企業能夠對整個礦井進行一體化的管理控制。在自動化系統的設備層中，則利用現場總線方式達到各個子系統實時控制目的。在現有的礦井自動化系統中，包括3個重要的子系統構成部分，即安全監測監控、井下變電所自動化控制系統以及井下皮帶運輸自動化控制。

2? ? ?物聯網技術在煤礦自動化系統中的具體實現

在基于物聯網的煤礦自動化系統中，其借助網絡確保各個子系統進行相互通信與連接。各個子系統在運行過程中產生的數據通過系統服務器進行自動采集，然后將這些采集的數據在指定的數據庫中長久存儲，以便于工作人員在有需要時能夠隨時查看這些數據或進行數據組合。另外，這些數據還可以作為繪制工作流程模擬圖的重要依據。對于煤礦自動化系統來說，只有設備層、信息層以及控制層等之間加強分工配合，才能保證煤礦自動化系統高效運行。在該過程中，設備層、信息層以及控制層都需要進行必要的網絡連接。系統在運行過程中，數據采集以及設備控制指令的執行都需要通過設備層實現;傳輸層則負責接收設備層傳輸的數據信息;控制層能夠確保系統中的各種配套設備高效集成數據，也就是在特定平臺中對所有設備相關數據進行集成，并將指令發送到設備層中;信息層則能實現對系統數據的隨時調用。對于設備層、信息層以及控制層來說，其層級功能的實現還需要應用相應的網絡交換機，以確保網絡互聯，進而使人們能夠在任意一臺計算機中通過訪問信息化網絡實時查看系統網絡數據，幫助人們利用網絡對煤礦安全生產與管理信息進行一體化監控，這有助于煤礦管理人員根據工作需要高效獲取煤礦安全生產信息、礦井地面及下部開采環境信息，進而提高煤礦安全生產的效率，使煤礦企業具備更高的安全生產管理水平。可以說，在控制層中，煤礦自動化系統在其中占據著至關重要的地位。

3? ? ?煤礦自動化系統的具體性能

3.1? ?實時性

在煤礦開采時，往往要進行一系列的工作，例如，指揮調度、生產檢測、設備操作等，在此過程中，這些工作需要由不同的職能部門負責，只有確保各部門做好所屬的工作，并通過彼此之間高效的配合，才能確保煤礦順利開采。這需要確保各個職能部門之間保持密切的業務聯系，保證數據在各部門間進行高效的傳輸與共享，利用互聯網進行數據處理、傳輸，以保證信息能夠進行快速、完整地共享，從而充分發揮出信息的時效性作用。

3.2? ?可靠性與穩定性

對于整個系統來說，其系統網絡能否可靠運行是相關企業需要重點考慮的一大因素。網絡建設時一旦系統某個節點出現故障，應盡可能地避免該故障影響整個系統的運行，這需要企業合理選擇系統硬件，并科學設計電路，同時重視系統的運行環境質量，以確保系統網絡能夠可靠運行。在具體實踐過程中，為了使系統獲得更高的運行效率，還要應用工業級網絡交換機以及環型光纖以太網，通過光纖傳輸信號，以有效避免電磁對通信線路的干擾，使系統能夠通過網絡介質體現其運行可靠性。

3.3? ?便捷性

煤礦開采工作具有一定的安全風險，且在地理環境上比較特殊，在應用物聯網技術設計煤礦自動化系統時，還要綜合考慮系統維護保養的實際困難、現實條件等，確保通過相應措施的應用使系統的管理與維護工作變得更加方便、快捷。

3.4? ?成本經濟性與功能適用性

對于煤礦企業來說，之所以要應用自動化系統，是為了獲得更高的經濟效益，所以在設計基于物聯網技術的煤礦自動化系統時，還要綜合分析其成本經濟性以及預期效益，確保煤礦自動化系統能夠在盡可能少的資金投入下，實現煤礦自動化系統的各項功能，并獲得與企業預期相符的經濟效益，進而實現煤礦開采目標。在選擇與采購系統設備的過程中，企業需要充分考慮設備的性價比，并掌握設備供應商的商業信譽情況，了解設備在維修與護理時的所需成本。此外，還要重視煤礦自動化系統的功能適用性，根據煤礦生產的工作要求，科學應用物聯網技術和計算機技術，且在設計煤礦自動化系統的過程中，還要為其預留充足的升級空間，以便于在后續工作中能夠持續性改進煤礦自動化系統。

4? ? ?物聯網在煤礦自動化系統中建立的網絡結構

對于以物聯網技術為核心的煤礦自動化系統而言，該系統的建立需要具備良好的網絡運行條件，只有這樣，才能保證數據在系統網絡中的可靠傳輸與利用。在此過程中，煤炭企業需要將以太網作為整個系統的數據交換結構，以提高數據傳輸速度，使系統網絡更加靈活，且具有故障隔離功能。在建設系統網絡時，為了進行系統冗余建設，還要應用多環拓撲形式，以便于在出現通信錯誤時能夠及時隔離。如果交換機采用工業用途的以太網，則可在故障出現后的300 ms內通過冗余環網進行自動修復，從而使網絡穩定運行。在建設系統網絡的過程中，煤炭企業需要通過水平結構布置光纖冗余以太網環路，這樣一來，可使礦井地面和地下分別進行單環布置，然后利用機房中的交換機將兩個單環相連接，在確保數據鏈路清晰的基礎上，使整個網絡保持較高的冗余度，更重要的是，能夠保證線路鋪設及維護的便利性。在物聯網技術運用過程中，還要選擇合適的終端設備，明確地面終端設備與井下終端設備的型號及數量，這直接關系到整個網絡的運行效果。在完善煤礦自動化系統中的相關基礎設備的基礎上，還要完善網絡，并配置先進的系統終端設備，只有這樣，才能滿足煤礦企業對煤礦自動化系統的應用要求，使其能夠利用該系統全方位地監測與控制煤礦安全生產，進而使煤礦企業能夠從中獲得更多的經濟效益。

5? ? ?結 語

物聯網的快速發展，使其已經成為煤礦自動化系統中的核心技術手段，應用物聯網技術，不僅能夠不斷提升煤礦生產與管理的自動化、信息化水平，也能節約企業對人力成本的投入。但是，煤礦企業在建設自動化系統的過程中，仍存在很多技術、成本等方面的問題急需解決，這需要煤炭企業充分應用各種現代化技術持續改進自動化系統，以確保系統的先進性，提升我國煤礦開采自動化水平。

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