物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦綜合信息化建設(shè)中的應(yīng)用探討

李自杰

（新能礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今世界最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一，它的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)率的提升，并加快了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，在全世界范圍內(nèi)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。在我國(guó)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展受到了越來(lái)越多的關(guān)注，并且各行業(yè)還加強(qiáng)了對(duì)該技術(shù)的研究和開發(fā)，因此，在煤礦信息化建設(shè)中也逐漸開始對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行使用。從目前的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，在煤礦綜合信息化建設(shè)中，各類型物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都得到了較好的使用，從而使煤礦生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程維修、實(shí)時(shí)管理以及煤礦工作環(huán)境信息化管理的發(fā)展需要。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦行業(yè)的應(yīng)用前景

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦行業(yè)的廣泛運(yùn)用，為煤礦安全生產(chǎn)問(wèn)題帶來(lái)了技術(shù)支撐，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程的準(zhǔn)確感知，從而保證采礦人員的生命安全，這也是關(guān)系到民生的重要問(wèn)題。在煤礦行業(yè)中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行有效使用，不僅可以提高我國(guó)煤礦行業(yè)的生產(chǎn)效率，還能保障煤礦行業(yè)的生產(chǎn)安全。在開展煤礦綜合信息化的建設(shè)中，通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的充分使用，能夠在控制成本的同時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)收益，在煤礦信息化平臺(tái)的構(gòu)建中發(fā)揮著重要的作用。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦行業(yè)中的應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。

2 煤礦綜合信息化建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 射頻技術(shù)

在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行使用的過(guò)程中，射頻技術(shù)是重要的組成部分之一。射頻系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、閱讀器、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。在目標(biāo)對(duì)象上貼上電子標(biāo)簽，然后再對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行掃描，就能得到相應(yīng)對(duì)象的信息數(shù)據(jù)，射頻技術(shù)是一種高效的數(shù)據(jù)采集方法。而電子標(biāo)簽是識(shí)別過(guò)程中的數(shù)據(jù)載體，主要由標(biāo)簽專用芯片和天線組成。按照供電方式的不同對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行分類，可分為有源、無(wú)源和半無(wú)源電子標(biāo)簽，它們的區(qū)別在于有沒(méi)有安裝工作電池。利用天線閱讀器就能與電子標(biāo)簽之間建立通信連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)以及標(biāo)簽識(shí)別碼的寫入和輸出。在閱讀器當(dāng)中主要包含控制單元、高頻模塊（接收器及發(fā)送器）和閱讀器天線。在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程中，主要通過(guò)電子標(biāo)簽來(lái)儲(chǔ)存具有互用性和規(guī)范性的數(shù)據(jù)信息，然后借助無(wú)線通信技術(shù)來(lái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并傳送到信息中心，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的準(zhǔn)確識(shí)別和感知。

2.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要是由監(jiān)控范圍內(nèi)的小型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)可以靜止或移動(dòng)，并且成本低廉，通過(guò)對(duì)無(wú)線通信方式的使用，可以形成多跳自組網(wǎng)絡(luò)。在這一網(wǎng)絡(luò)中的全部傳感器節(jié)點(diǎn)都可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、融合、處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)該網(wǎng)絡(luò)所覆蓋地理位置上的物體監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，都能進(jìn)行協(xié)同感知、收集、處理和傳輸，然后經(jīng)其他網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞褂谜呤种校瑥亩_(dá)到在特定距離上探測(cè)和追蹤物體的目的。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有采集、處理和傳輸三大功能，與之相匹配的是傳感器、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)。傳感網(wǎng)絡(luò)具有自組織、規(guī)模龐大、動(dòng)態(tài)可重構(gòu)、軟硬件容錯(cuò)性等特點(diǎn)。

2.3 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)就是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，因此，互聯(lián)網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用中就更為普遍。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括兩個(gè)方面：一是感應(yīng)技術(shù)，二是通信技術(shù)。感應(yīng)技術(shù)可以有效擴(kuò)展人類感官，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息的高效感應(yīng)和傳輸。借助互聯(lián)網(wǎng)的便捷性，就可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的遠(yuǎn)程傳輸與協(xié)作。與此同時(shí)，電腦技術(shù)還能延伸人腦功能，在數(shù)據(jù)的獲取、分析和處理方面，人們的工作效率也得到了極大的提升。另外，通信技術(shù)還對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)展，從而達(dá)到信息傳播的目的。將感知技術(shù)、通信技術(shù)與電腦技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)在近程通信及廣域網(wǎng)絡(luò)通信中的作用進(jìn)行充分發(fā)揮，不僅可以利用移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，還可以利用藍(lán)牙與Wi-Fi來(lái)進(jìn)行短程通信。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦綜合信息化建設(shè)中的現(xiàn)狀分析

3.1 煤礦信息化建設(shè)現(xiàn)狀

煤礦企業(yè)的信息化建設(shè)，是指利用信息化對(duì)企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型，以信息化作為促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一個(gè)切入點(diǎn)。將現(xiàn)代管理科學(xué)、工程技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦企業(yè)管理中進(jìn)行結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理的全過(guò)程信息化建設(shè)[1]，從而提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)前，煤礦企業(yè)已經(jīng)建成了能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)信息化的基礎(chǔ)設(shè)施，如數(shù)據(jù)、通信、視頻網(wǎng)絡(luò)等，并對(duì)人力資源管理、工程項(xiàng)目管理、企業(yè)資產(chǎn)管理以及數(shù)字化財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、自動(dòng)化辦公采購(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行了建構(gòu)。除此以外，許多企業(yè)還對(duì)商務(wù)、物流等信息平臺(tái)進(jìn)行了建設(shè)，而且還初步建成了人員定位系統(tǒng)、礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、井下通信系統(tǒng)等。為了保證煤礦作業(yè)安全，還建立了相應(yīng)的應(yīng)急管理和隱患排查系統(tǒng)。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)在煤礦建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）對(duì)人員進(jìn)行定位。在礦井進(jìn)出口、重點(diǎn)區(qū)域、禁閉區(qū)等地方設(shè)立讀卡器分站，然后讓每個(gè)工作人員攜帶一張定位卡，當(dāng)他們經(jīng)過(guò)讀卡器分站時(shí)，分站的接收天線就能夠準(zhǔn)確感知定位卡發(fā)出的信號(hào)，然后再由分站對(duì)收到的信息進(jìn)行處理，并將目標(biāo)識(shí)別碼從中提取出來(lái)，再由該分站發(fā)送給以太網(wǎng)[2]，最后傳送到地面的監(jiān)視服務(wù)器上。

（2）煤礦井下無(wú)線電通信技術(shù)。為了對(duì)基站發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確接收，就必須在礦井下安裝一個(gè)無(wú)線基站，這樣在信號(hào)通過(guò)基站發(fā)射出去以后，就能在定位手機(jī)、定位器之間形成一個(gè)無(wú)線信號(hào)鏈，這不僅能保證信息的及時(shí)傳輸，還能實(shí)現(xiàn)井下無(wú)線通信。

（3）裝備清點(diǎn)管理的應(yīng)用程序。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們可以在每臺(tái)設(shè)備上都安裝射頻識(shí)別卡，這樣就能對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行有效接收，借助信息接收天線，其信號(hào)就可以通過(guò)射頻卡發(fā)送、天線調(diào)節(jié)來(lái)向讀卡器進(jìn)行傳輸，接收到信號(hào)的讀卡器可以直接進(jìn)行解碼，然后再將解碼過(guò)后的信號(hào)傳輸至后臺(tái)主系統(tǒng)并進(jìn)行相關(guān)處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備異常或正常狀態(tài)下的信息獲取。

4 煤礦物聯(lián)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

4.1 煤礦信息化建設(shè)目標(biāo)

在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息化建設(shè)，是煤炭企業(yè)信息化建設(shè)的主要目的，它可以推動(dòng)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的綜合自動(dòng)化，從而促進(jìn)企業(yè)的整體信息化進(jìn)程，最后將生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、企業(yè)管理信息化、安全監(jiān)控?cái)?shù)字化以及信息管理集約化結(jié)合起來(lái)[3]，并實(shí)現(xiàn)“三個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)”的信息化建設(shè)，即，以礦山工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為依據(jù)的“統(tǒng)一高速信息傳輸平臺(tái)”；基于信息融合以及數(shù)據(jù)監(jiān)控挖掘構(gòu)建“一體化的綜合軟件系統(tǒng)”；一個(gè)基于智能化信息處理與連接的“一體化技術(shù)管理系統(tǒng)”。

4.2 綜合信息集成架構(gòu)

煤礦綜合自動(dòng)信息化建設(shè)，指的是構(gòu)建一個(gè)全開放、全集成、整體操作自動(dòng)化的煤礦開采信息服務(wù)平臺(tái)，并將企業(yè)橫向和縱向兩方面的信息連接起來(lái)，綜合整理管理、調(diào)度、計(jì)劃、故障診斷、經(jīng)營(yíng)決策、現(xiàn)場(chǎng)控制和過(guò)程優(yōu)化等信息，這樣才能構(gòu)建起一個(gè)具有廣泛意義的管理系統(tǒng)。對(duì)企業(yè)信息化和自動(dòng)化的全面建設(shè)，其具體工作內(nèi)容主要包括以下三個(gè)方面：信息集成處理系統(tǒng)；礦山的生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、礦山安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、礦山調(diào)度整合管理系統(tǒng)；企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理與決策分析系統(tǒng)。構(gòu)建一體化的信息管理平臺(tái)，能夠?qū)⒄麄€(gè)礦山的一切資料都有效統(tǒng)一起來(lái)，從而為工作的高效開展提供依據(jù)。

4.3 綜合信息化物聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)

基于礦井中已有的以太網(wǎng)絡(luò)，采用了“以太網(wǎng)絡(luò)+無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)”的方式，建立了礦井中的煤礦物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)內(nèi)，將自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，并把企業(yè)的生產(chǎn)、運(yùn)行、管理看作一個(gè)統(tǒng)一的體系來(lái)進(jìn)行管理和控制，從而實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)過(guò)程的信息化、自動(dòng)化[4]。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的連接對(duì)象指向煤礦生產(chǎn)中的所有要素，這些要素都屬于物聯(lián)系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)和功能單元，比如，在礦井下的輸送機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、各種交換機(jī)、感應(yīng)器等設(shè)備以及工作人員等，對(duì)感知技術(shù)的有效使用讓它具備了對(duì)數(shù)據(jù)信息的收集功能。

5 軟件平臺(tái)

在煤礦綜合信息化系統(tǒng)的建設(shè)中，其信息化軟件系統(tǒng)主要是集數(shù)據(jù)采集、處理、通信、圖文顯示、綜合判斷與控制為一體的數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)，并且能夠在不同的情況下進(jìn)行快速準(zhǔn)確的反應(yīng)，并對(duì)其出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理，協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作，從而實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控的目的。在該軟件平臺(tái)上，將采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)方法，對(duì)分散在各個(gè)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)煤礦現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)信息展開集中收集和監(jiān)視，并利用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，將其統(tǒng)一地存儲(chǔ)到一個(gè)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。同時(shí)，還能為煤炭企業(yè)各專業(yè)部門、調(diào)度室及時(shí)提供所需的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。此外，綜合信息化礦井軟件管理系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)礦井安全環(huán)境參數(shù)、生產(chǎn)工藝參數(shù)、歷史曲線、參數(shù)實(shí)時(shí)曲線、報(bào)警信息等的采集，并且還可以發(fā)出相應(yīng)的控制命令，遠(yuǎn)程啟用或暫停井上、井下設(shè)備的子系統(tǒng)，通過(guò)控制中心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)井上井下各子系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控[5]。利用數(shù)據(jù)庫(kù)接口建立與信息中心數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)系，就可以將該礦級(jí)信息系統(tǒng)與高層管理信息網(wǎng)進(jìn)行連接，從而完成煤礦企業(yè)與高層管理部門之間的信息交換。用Web服務(wù)器將各子系統(tǒng)屏幕的檢測(cè)信息和數(shù)據(jù)發(fā)送給Internet網(wǎng)，這樣企業(yè)管理者和各部門就能通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式看到與控制中心各子系統(tǒng)一樣的畫面，方便各領(lǐng)導(dǎo)對(duì)礦井生產(chǎn)狀況進(jìn)行及時(shí)的查詢和掌握。

6 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

煤礦綜合信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)將各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)進(jìn)行了有機(jī)整合，使全部的監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、管理工作都能夠在一個(gè)平臺(tái)上來(lái)進(jìn)行，從而提升了礦山的綜合自動(dòng)化程度，并且在保障礦井設(shè)備安全運(yùn)行的情況下，還實(shí)現(xiàn)了煤礦開采的減員增效，并對(duì)煤礦的生產(chǎn)效率進(jìn)行了有效提升。利用基于以太網(wǎng)的綜合型全分布式控制系統(tǒng)，來(lái)保證綜合信息化平臺(tái)的可靠性、實(shí)時(shí)性、分散性、互操作性以及開放性等特點(diǎn)。在煤礦企業(yè)的綜合自動(dòng)化信息平臺(tái)建設(shè)中，千兆以太環(huán)網(wǎng)主要作為平臺(tái)的骨干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，單模光纖作為通信媒介，其數(shù)據(jù)交換過(guò)程主要通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用工業(yè)以太網(wǎng)將井上、井下各個(gè)子系統(tǒng)連接起來(lái)，將所有系統(tǒng)設(shè)備的控制和監(jiān)控信息傳送到中央控制室，并利用服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，讓工程師可以對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行合理配置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。

7 結(jié)束語(yǔ)

目前，大部分礦井都處于一個(gè)信息化的階段，但是大家逐漸認(rèn)識(shí)到分開、獨(dú)立的安全信息化體系會(huì)限制整個(gè)礦井的安全性作用。由單個(gè)項(xiàng)目走向一體化是信息化的主要發(fā)展方向。煤礦企業(yè)的集中控制、信息平臺(tái)的集成和自動(dòng)預(yù)警已經(jīng)是煤礦企業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)。作為信息獲取、傳輸、處理的新興技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)在煤礦綜合信息化建設(shè)中起到非常重要的作用，推動(dòng)我國(guó)煤礦行業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)。在礦井作業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化、智能化的生產(chǎn)管理目的。■