智能氣礦物聯網應用研究

金琦 夏金龍 楊崴 王妍蘇 韓霄杰 劉佩鑫

摘要：氣礦是社會經濟發展的重要資源，智能氣礦概念自2010年在國內興起，即刻在礦業界引起極大震動。我國氣礦技術的發展經歷了原始階段到機械化，再到數字化，現在正全力向智能化邁進，然而在該領域自動化技術與物聯網技術的應用研究還處于空白階段。因此，想要提高氣礦行業的信息化水平和氣礦企業的競爭能力，進一步提高工作效率，需要充分借助物聯網技術與自動化技術的支撐。本文首先介紹氣礦的相關內容，再分析目前存在的問題，最后論述自動化技術與物聯網技術在氣礦行業的具體應用。

關鍵詞：自動化技術;物聯網技術;射頻識別;無線傳感網

中圖分類號：TP311 ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）32-0124-02

Research on Application of Intelligent Gas Mineral Network

JIN Qi， XIA Jin-long， YANG Wei， WANG Yan-su， HAN Xiao-jie， LIU Pei-xin

（Southwest Petroleum University， Chengdu 610000， China）

Abstract： Gas ore is an important resource for social and economic development and the concept of intelligent gas mining has been rising in China since 2010， which immediately caused a great shock in the mining industry. The development of China's gas mining technology has gone through the primitive stage to mechanization and then to digitalization. Now it is moving forward to intellectualization with all its strength. However， the application research of automation technology and Internet of Things technology in this field is still in the blank stage. Therefore， in order to improve the information level of the gas mining industry and the competitiveness of gas mining enterprises， and further improve work efficiency， it is necessary to make full use of the support of Internet of Things technology and automation technology. This paper first introduces the relevant content of gas mining， then analyzes the existing problems， and finally discusses the specific application of automation technology and Internet of Things technology in the gas mining industry.

Key words： automatics; internet of things; radio frequency identification; wireless sensor network

物聯網在采礦業上的應用率先出現在國外，2002年芬蘭科學家佩卡普基在APCOM發表了名為“智能氣礦及其實現”的論文，其介紹了芬蘭、美國、加拿大等國家在智能采礦技術方面的成果。通過論文介紹，可以看出發達國家的采礦業已經向智能化全方位推進，并取得了高效率、高安全的業績。在國內，智能氣礦概念于2010年興起，隨即在礦業界引起極大震動，許多氣礦、設備研發制造廠家、科研單位和大學紛紛推出了各自對智能氣礦的理解。山東省更是明確將建設智慧氣礦定為基本省策，并制定了一系列建設智能氣礦的規范、規定，成為智慧氣礦省的首創。

1 存在的主要問題

（1）國內在氣礦物聯網標識卡方面的研究起步較晚，技術還未成熟，標識過程未能與管道、礦燈緊密結合，且標識卡功能較單一，無法適應井下復雜多變的環境。目前市場上的標識卡一般是基于RFID、WSN等技術，未能將多種技術有機結合，導致定位精度不高，數據傳輸距離過短。

（2）智能控制方面。智能控制的思想出現于20世紀60年代，但是早期的智能控制系統采用初級的智能方法，如模式識別和學習方法等，發展速度十分緩慢。而具有高度的非線性和復雜的任務要求以及不確定性的數學模型是智能控制研究對象的主要特點。因此需要設計一個可根據被控動態過程特征識別、學習并組織自身的控制模式的智能控制器，以改變控制器結構和調整參數，使其具有多模式、變結構、變參數等特點。

2 自動化氣礦技術

自動化氣礦技術是通過提高電氣設備與機械的自動化水平，使用于輸送、采掘的機械設備和其他設備可以長時間脫離人員的操作，實現自動化運行。自動化氣礦的建設，一是縮短了工人在停留在井下的時間;二是使氣礦的生產效率得到了提高;三是保證了人身安全、設備安全、平穩供氣及保護環境。網絡通信發展提出的數字化氣礦理論推動了氣礦的信息化進步，經營管理、建井施工、集合地質勘探、安全生產、規劃設計的全過程，不但成功實現了信息共享，避免了信息孤島的出現，還使供電、通風、掘進、運輸、給排水等生產系統運行過程更加具體，完成了物與人的遠程交流。

3 物聯網技術

通過射頻識別（RFID）、無線傳感網WSN（Wireless Sensor Network）等技術，全面感知油氣田設備、設施等實體對象的狀態信息，并與網絡相互連接進行通信和信息交換，能夠實現智能化管理、定位、監控、識別和跟蹤，提高油氣生產效率和決策能實力，減輕勞動強度，提升安全保障水平?；谖锫摼W的智能氣礦建設主要是將氣礦物聯網技術和自動化技術相結合，提出氣礦的數字氣礦智能化體系的應用，并最終在油氣礦產業實現脫離人為操作的物-物交流。某氣田生產物聯網系統提供了設備、儀表的基本臺賬、儀表參數、圖片、手冊等動/靜態信息管理，實現了作業區日常工作規范標準的維護、查詢;實時采集現場儀表、設備的運行數據，支撐了作業區日常巡檢、問題提報、臨時任務、檢修維護、屬地監督等任務制定、下達、跟蹤、評價、總結的閉環管理流程。

4 智能氣礦物聯網應用流程

（1）基于射頻識別（RFID）、無線傳感網WSN（Wireless Sensor Network）等技術，通過在油氣生產物聯網上加裝智能多元傳感器來實現各設備狀態參數的自動計數。

（2）利用集成了模擬信號采集、數字信號采集和無線數據通信于一體的高性能測控裝置的智能信息采集終端完成模擬信號的采集、量值轉化等。

（3）一方面使用手持終端掃描設備RFID標簽實現設備數據采集，通過無線網或者3G/4G網絡實現數據上傳。另一方面依靠HART數據采集器實時采集設備動態信息，通過井場及井口RTU/PLC實現數據匯聚，并借助生產網絡實現數據的遠程傳輸。

（4）通信業務利用三層網絡交換機在上述兩個環網間實現動態路由（OSPF）尋址，從而保證通信傳輸的可靠性，滿足井場無人值守生產的需要。

（5）利用無線通訊技術，實現產線工況的實施遠程監測及多種形式的數據分析服務。

（6）為了實現物-物互聯的目標，使感知層與應用層各個系統之間實現更高效的互聯互通，在應用層前設計一種方便的數據服務接口。將物聯網信息采集、處理、傳輸、挖掘、分析技術應用于氣礦機械制造與氣礦生產管理，將新一代信息技術與傳統的機械制造工藝緊密融合，顛覆傳統的粗獷型生產及管理模式，讓設備具有自我感知、自動控制、故障預警報警等智能化功能，整條生產流水線具有負荷自動協同功能，達到優化產線的目的。

5 結論

綜上所述，本文介紹了智能物聯網氣礦應用研究，主要通過射頻識別、無線傳感網技術加裝智能多元傳感器全面感知設備設施等實體對象的狀態信息，并與網絡相互連接進行通信和信息交換，能夠實現智能化管理、定位、監控、識別和跟蹤，提高油氣生產效率和決策能力，減輕勞動強度，提高安全保障水平。

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[4] 國內外智慧礦山技術的現狀與發展趨勢-https：//www.docin.com/p-1615416478.html.

[5] 智慧礦山聯盟現有工作基礎、條件和優勢-https：//wenku.baidu.com/view/8bb04c1a944bcf84b9d528ea81c758f5f71f2951.html？fr=search.

【通聯編輯：梁書】

收稿日期：2021-04-12

作者簡介：金琦（2000—），女，四川資中人，西南石油大學計算機科學學院在讀，專業：計算機科學與技術;夏金龍（1999—），男，四川廣安人，西南石油大學計算機科學學院在讀，專業：物聯網工程;楊崴（2001—），男，四川成都人，西南石油大學計算機科學學院在讀，專業：軟件工程;王妍蘇（2000—），女，四川南充人，西南石油大學計算機科學學院在讀，專業：數據科學與大數據技術;韓霄杰（2000—），男，山東東營人，西南石油大學計算機科學學院在讀，專業：軟件工程;劉佩鑫（2000—），男，四川資陽人，西南石油大學計算機科學學院在讀，專業：軟件工程。