智能化采煤機云平臺設計研究

蘇健

冀中能源邢礦集團山西古縣老母坡煤業有限公司 河北邢臺 054000

近年來，以互聯網為代表的信息網絡技術的崛起以及自動化技術的不斷進步，有力地促進了采煤機信息化和全礦井綜采自動化的發展，隨著云計算技術的日益成熟，使得煤機裝備制造企業通過互聯網技術構建智能化采煤機云平臺具有了應用基礎。

1 采煤機互聯網+數據上傳采集系統的研究

1.1 工作面到順槽可靠的無線/網絡傳輸系統

在井下工作面，采煤機生產過程中主控系統采集機身傳感監測系統獲取的狀態數據，在順槽集控中心需配置采煤機順槽通信服務器，采煤機經過不同的通信線路將數據傳輸到采煤機順槽服務器實現順槽監控。由于井下工作面條件惡劣，空間狹窄，主電纜跟隨采煤機來回拖曳拉動時，綜采設備高壓、高頻信號將會受到干擾，導致采煤機工作面和順槽之間無法穩定地通信。針對上述問題，本文對采煤機從工作面到順槽之間的通信方式進行了研究，在常規主電纜FSK載波通信的基礎上，進行了無線WiFi通信/寬帶載波/光纖通信方式的設計。

1.2 礦井順槽到地面站的網絡數據傳輸方案

目前采煤機順槽到礦井地面通信采用的方式有光纖環網、專線通信等。國內大部分礦井已安裝了光纖環網通信體系，比較容易實現的方式就是在采煤機順槽控制箱側引出一個數據接口接入礦井光纖環網，并通過環網交換機傳輸到地面主機。順槽一般設備可以接入的接口有RS485、CAN接口和TCP/IP、EIP等網絡接口，不同的礦井條件有差異，根據礦井順槽現場可以提供靈活的通信接入方式和選擇接入端。在數據上傳到地面站主機后，通過地面站主機可以提供采煤機數據中繼接口，進一步上傳數據。無線WiFi通信利用電磁波無線方式傳輸數據，不依賴傳統的線纜，能夠適應不同工作面復雜的工況條件，相對于有線通信技術，具有抗干擾能力強、運行成本低、部署方便、便于維護等顯著優勢[1]。

1.3 基于互聯網＋的數據上傳應用接口

順槽控制箱使用網絡接口接入礦井光纖環網或專用網絡通道，并與地面通信站進行通信，傳輸接收采煤機監控數據。地面通信站通過4G高速互聯網或有線網絡，將采煤機運行數據上傳到云平臺。本文通過本地互聯網+通信數據接口，建立了礦井采煤機地面通信站數據上傳到云數據庫的通信體系。4G/5G技術和遠程協助、遠程桌面等應用方式，在當前得到越來越廣泛的推廣和應用，給互聯網數據存儲和數據訪問帶來了便利。

2 智能化采煤機云平臺的設計

云平臺的基本結構由IaaS、PaaS、SaaS3個層次組成，其中底層IaaS主要提供虛擬計算、存儲、數據庫等基礎設施服務，可以更好地為應用系統的上線、部署和運維提供支撐，提升效率和資源利用率；中間層PaaS為用戶提供構建應用程序的環境，可以給客戶帶來更高性能、更個性化的服務；頂層SaaS為用戶提供基于云的應用，方便應用系統上線使用，面向客戶端提供軟件服務。

對采煤機云數據庫進行調度和控制數據庫數據采集任務，對接收到的各地礦井采煤機數據進行監控，可支持采煤機云端實時狀態顯示和智能故障診斷功能，并對用戶提供基于云平臺的遠程實時技術支持；同時向授權用戶或會員用戶提供數據發布接口，共享數據。

2.1 權限設計

云平臺權限設計如表1所示。

2.2 云端架構設計

云服務器1的功用：①安裝MySQL數據庫，存儲基礎配置信息；②安裝IIS服務器，發布系統應用網站；③部署基礎信息WebService，向客戶端提供基礎信息服務。云服務器2的功用：①安裝MongoDB數據庫，存儲測點歷史監測數據；②部署實時監測WebService，向客戶端提供實時數據發布服務；③部署歷史監測Web-Service，向客戶端提供歷史監測數據查詢服務。2層結構體系滿足IaaS、PaaS、SaaS的體系架構，保證系統的高并發使用和性能的擴展性[2]。

2.3 基礎信息數據庫設計

基礎信息數據庫主要存儲設備、生產廠家、設備用戶、登錄用戶、權限等基礎配置信息，由于信息之間存在關聯，符合結構化數據特點，且數據量有限，因此適合使用傳統的關系型數據庫來存儲。

2.4 歷史數據庫設計

MongoDB屬于NoSQL數據的一種，是一個開源的、模式自由的、面向文檔存儲的、分布式的數據庫，是一個介于關系數據庫和非關系數據庫之間的產品。文檔是MongoDB中數據的基本單位，類似于關系數據庫中的行（但是比行復雜）；集合就是一組文檔，類似于關系數據庫中的表；多個集合組成數據庫。系統使用MongoDB存儲礦井各類測點的歷史監測信息。用一個數據庫存儲所有礦井的數據，集合對應設備，文檔對應測點。

3 結語

基于互聯網技術構建的智能化采煤機云平臺，將煤礦井下采煤機生產運行數據從工作面主機傳輸到順槽，然后從順槽到礦井地面，并建立了從地面本地數據到云平臺數據存儲、監控、智能診斷的整套網絡化遠程監控體系，通過高效全面的數據采集，為用戶提供采煤機云平臺在線監測[3]、智能故障診斷與實時技術支持等服務。該云平臺可通過對采煤機在工作面運行狀態的實時連續采集、對設備的工作狀態進行監控及評估、對出現的故障進行及時診斷預測和生成健康報告，并對用戶進行數據發布和共享，提高了采煤機智能化水平，為今后采煤機智能化設計提供了參考和借鑒。