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        物聯(lián)網(wǎng)下的煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

        2015-05-25 00:08:59朱彤趙娟周凱麗
        中國高新技術(shù)企業(yè) 2015年19期
        關(guān)鍵詞:煤炭開采煤礦企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

        朱彤 趙娟 周凱麗

        摘要:目前,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到了越來越多人的關(guān)注,被廣泛應(yīng)用于煤礦開采過程中。通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器以及無線技術(shù)能合理管理和監(jiān)測礦井下的煤礦開采作業(yè),能夠有效避免煤礦開采事故,保證開采人員的生命安全和煤礦企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能促進(jìn)煤礦企業(yè)安全穩(wěn)定的持續(xù)發(fā)展。文章對物聯(lián)網(wǎng)下的煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開了分析。

        關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);煤礦企業(yè);綜合自動(dòng)化系統(tǒng);傳感器;煤炭開采 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        中圖分類號(hào):TD655 文章編號(hào):1009-2374(2015)19-0020-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.009

        隨著煤礦行業(yè)的蓬勃發(fā)展,越來越多的煤礦被開采,然而開采事故卻屢見不鮮。傳統(tǒng)的礦山監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在煤礦的開采要求,傳統(tǒng)的監(jiān)測控制系統(tǒng)普遍落后,主要由兩部分組成,分別是現(xiàn)場的監(jiān)控分站以及控制中心主站,還正處于集中控制階段。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對不合理,無論是兼容性還是實(shí)時(shí)性都偏差。為了對煤礦開采過程中實(shí)現(xiàn)有效的管理和監(jiān)控,避免各種危險(xiǎn)事故的發(fā)生,就要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立高效的管理系統(tǒng),不斷提高開采過程中的管理水平,提高開采作業(yè)的質(zhì)量和效率。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的廣泛使用,煤礦企業(yè)開始利用有線系統(tǒng)對煤礦開采進(jìn)行管理監(jiān)控,但由于有線系統(tǒng)的傳輸速度和距離的有限性,導(dǎo)致了其覆蓋率和靈活性嚴(yán)重不足。通過利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器以及網(wǎng)絡(luò)無線技術(shù)能有效改變這一狀況,能有效實(shí)施對煤礦全方位的監(jiān)控檢測,保證煤礦安全穩(wěn)定被開采。

        1 物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

        通過建立物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu),將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,從而形成全新的無線傳感器網(wǎng)+工業(yè)以太網(wǎng)的架構(gòu)體系,同時(shí)利用有線和無線技術(shù)的綜合網(wǎng)絡(luò)形式。工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)是礦井下監(jiān)測的重要核心網(wǎng)絡(luò),通過運(yùn)用現(xiàn)場總線傳輸以及光纖工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),普遍設(shè)立在較為廣闊、便于搭線的主要巷道區(qū)域。而物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器通常構(gòu)建在地形陡峭狹窄,工作人員無法輕易到達(dá)的區(qū)域,例如常見的事故發(fā)生地、采空區(qū)和井筒內(nèi)等,要想達(dá)成礦井下全方位的有效監(jiān)控監(jiān)測,就要合理地運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)傳感器的鮮明特點(diǎn),比如它的多跳路由、自組織以及動(dòng)態(tài)拓?fù)涞取>W(wǎng)關(guān)的接入能讓無線傳感器網(wǎng)路與光纖骨干網(wǎng)相連接,這樣相關(guān)的傳感器網(wǎng)絡(luò)就能把各種信息數(shù)據(jù)傳于各個(gè)控制中心,實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控管理室的實(shí)時(shí)監(jiān)控,當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí),地面控制中心的員工就能及時(shí)地對所在區(qū)域的工作人員發(fā)出警報(bào)。

        2 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        信息集成作為物聯(lián)網(wǎng)下煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重中之重,是一個(gè)無法替代的核心環(huán)節(jié),它涵蓋了三種技術(shù),分別是信息管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)和三維處理技術(shù)。通過采用先進(jìn)的數(shù)字化監(jiān)控技術(shù)以及全程自動(dòng)化技術(shù)達(dá)成對礦井的全方位監(jiān)控管理,對于煤礦生產(chǎn)的各個(gè)階段都能提供有效的信息數(shù)據(jù),滿足了煤礦企業(yè)管理的各種需求,物聯(lián)網(wǎng)下的煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要的作用如下:

        2.1 礦井穩(wěn)定開采時(shí)的監(jiān)測和聯(lián)動(dòng)控制

        在礦井開采過程中利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器有效地收集到各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息,比如礦井下的通風(fēng)情況、溫度濕度、瓦斯含量、壓力等信息數(shù)據(jù),再將這些數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞給上位機(jī),上位機(jī)就可以用曲線、表格、三維立體圖等方式表現(xiàn)出來,當(dāng)出現(xiàn)反常的狀態(tài)時(shí)就可以自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警。及時(shí)對反常數(shù)據(jù)研究分析,整理出有用的信息數(shù)據(jù),劃定出特殊區(qū)域,需要對此區(qū)域?qū)嵭袆?dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。

        由于礦井下光線不好,絞車在巷道運(yùn)行過程中,絞車的駕駛者往往只接受信號(hào)燈的指示,不能通過肉眼判斷在軌道上是否有行人在行走,因此時(shí)常在運(yùn)輸過程中造成絞車誤撞行人的事故。通過物聯(lián)網(wǎng)的音頻以及視頻傳感器能全方位有效搜集到礦井下的各個(gè)位置信息,再利用有線中繼形式就可以將所有位置信息傳遞給上位機(jī)。這樣就能確保絞車司機(jī)在駕駛室內(nèi)直觀地觀察到路面的實(shí)時(shí)情況,從而避免了撞傷行人或障礙物的情況發(fā)生。當(dāng)出現(xiàn)絞車司機(jī)駛向錯(cuò)誤巷道時(shí),人體紅外傳感器就會(huì)第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)聲音,絞車司機(jī)就能根據(jù)警報(bào)迅速做出正確判斷,使絞車進(jìn)入正確軌道,確保開采人員的生命安全。

        2.2 工作人員的及時(shí)定位

        通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦井中的每個(gè)進(jìn)出口以及特殊區(qū)域裝配好RFID閱讀器,利用閱讀器的功能就能讀取出位于該區(qū)域內(nèi)工作人員信息以及移動(dòng)設(shè)備的ID號(hào)碼,再就可以運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)把所讀取的所有數(shù)據(jù)傳于上位機(jī),然后儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中。上位機(jī)通過提取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)就能繪制出各個(gè)區(qū)域中的職工人員分布以及行動(dòng)軌跡圖,某個(gè)時(shí)間階段的礦井中職工人員的統(tǒng)計(jì)表格等,就能清楚了解到每個(gè)員工的出勤情況,控制管理好井下的工作人數(shù),特別是特殊區(qū)域的員工人數(shù),要控制好井下員工的工作時(shí)間,避免因?yàn)槌瑫r(shí)工作發(fā)生操作事故,通過監(jiān)控時(shí)刻提醒工作人員的安全,防止員工走錯(cuò)巷道,走入采空區(qū)危險(xiǎn)區(qū)域。

        2.3 礦井下的危害預(yù)警

        通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器可以將礦井的掘進(jìn)深度傳于上位機(jī),從而顯示出最新的掘進(jìn)情況圖。再根據(jù)煤層分布的往前記錄,相關(guān)工作人員就可以確定是否存在越層越界的行為。與此同時(shí),煤礦專業(yè)人士可以通過分析收集到的數(shù)據(jù)做出越層作業(yè)計(jì)劃,及時(shí)標(biāo)出煤層越層的方位,形成報(bào)告數(shù)據(jù),方便各個(gè)礦井工作人員注意越層越界。通過裝配在震動(dòng)區(qū)域的物聯(lián)網(wǎng)傳感器,可以實(shí)時(shí)地將地震的各種信息數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī),例如地震方位、強(qiáng)度、頻率等,保證煤礦安全地得到開采。

        3 結(jié)語

        綜上所述,通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的光纖工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合,把工業(yè)以太網(wǎng)作為重要基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),再加入無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù),全新的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就形成了。它能有效地全方位監(jiān)控礦井下的工作情況,對于突發(fā)狀況能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并及時(shí)發(fā)出警報(bào)聲音,避免了各種事故的發(fā)生,降低了人員的傷亡事件概率,為煤礦企業(yè)安全穩(wěn)定的生產(chǎn)做出了巨大的

        貢獻(xiàn)。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 衛(wèi)何.基于無線物聯(lián)網(wǎng)的基站運(yùn)維管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].煤炭技術(shù),2011,(12).

        [2] 孫繼平.煤礦井下人員位置監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2009,37(11).

        [3] 孫彥景,錢建生,裴立瑞,等.基于工業(yè)以太網(wǎng)的KJ82礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程,2009,34(5).

        作者簡介:朱彤(1984-),河南義馬人,鄭煤集團(tuán)楊河煤業(yè)初級工程師,工程碩士,研究方向:電氣工程;趙娟(1981-),女,河南南陽人,河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院助教,研究方向:電子信息;周凱麗(1990-),河南新密人,鄭煤集團(tuán)楊河煤業(yè)初級工程師,研究方向:信息管理。

        (責(zé)任編輯:周 瓊)

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