劉 云

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦， 山西 古交 030200）

1 機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測需求分析

煤炭開采中，生產(chǎn)安全和成本控制是需要考慮的兩個重要方面。機(jī)電設(shè)備的維護(hù)工作集中了安全和成本兩個方面的需求，利用先進(jìn)的信息化技術(shù)手段可以降低機(jī)電設(shè)備的非計劃停機(jī)和設(shè)備的故障率，同時又能在一定程度上優(yōu)化資源，降低人工和庫存成本[1-2]。因此機(jī)電設(shè)備維護(hù)檢測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)運(yùn)而生，本文提出的無線檢測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備維護(hù)的智能化操作，減少維護(hù)成本，更精確地對設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行控制。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件選型

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計

機(jī)電設(shè)備維護(hù)無線檢測系統(tǒng)主要包括兩個方面：機(jī)電設(shè)備維護(hù)質(zhì)量管理和機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)檢測。機(jī)電設(shè)備維護(hù)質(zhì)量管理要求檢測系統(tǒng)必須建立起一套相對完整的設(shè)備維護(hù)使用規(guī)范，在該規(guī)范的指導(dǎo)下通過檢測系統(tǒng)的軟硬件平臺實(shí)現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控和對設(shè)備維修人員的管理。機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)檢測則要求系統(tǒng)能夠提供一個科學(xué)的、具有一定參考價值的數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)的合理評價，最終達(dá)到提高煤礦機(jī)電設(shè)備工作效率和降低維護(hù)成本的目的。

機(jī)電設(shè)備維護(hù)無線檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計分為無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)整體架構(gòu)兩個方面，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置如圖1所示。

圖1顯示無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共配有三個基站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，其中兩臺中心基站安裝在調(diào)度中心，其覆蓋范圍為以基站為圓點(diǎn)、半徑300 m的圓形范圍。其中一個基站配置AM-V2G-Ti天線，另外一個基站配置AP+WDS功能，二者通過無線連接。第三臺基站安裝在變電所，分別配置兩個AMO-2G13天線并向南北兩個方向覆蓋，同樣配置AP+WDS并通過無線與核心基站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接。

圖1 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置圖

在對現(xiàn)場的環(huán)境和建筑物分布觀察后決定布置如下，系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

如圖2所示，系統(tǒng)總體框架主要分為三個部分：監(jiān)控中心、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和移動終端。

監(jiān)控中心是整個系統(tǒng)的核心，它主要由PowerEdge服務(wù)器、監(jiān)控端、RFID讀寫器、DTU模塊以及外網(wǎng)預(yù)留口等組成。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要由三個無線基站和五個天線組成，與服務(wù)器之間采用有線連接，對廠區(qū)范圍內(nèi)的機(jī)電設(shè)備，移動終端和服務(wù)器進(jìn)行無線覆蓋，使其處在同一個局域網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)。

系統(tǒng)終端主要包括：現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)人員、手持移動終端和機(jī)電設(shè)備。主要分布在提升機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、污水處理站、變電站等多個崗位。維修人員在系統(tǒng)終端完成設(shè)備的維修，然后利用手持移動設(shè)備對所維護(hù)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行標(biāo)識，同時完成與數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件選型

本檢測系統(tǒng)的特點(diǎn)就是利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。因此根據(jù)國際網(wǎng)線規(guī)范和國家無線電管理委員會的要求，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須具備以下要求：

1）無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠提供先進(jìn)的、穩(wěn)定成熟的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

2）無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，其應(yīng)具有可持續(xù)升級和完善的特性；

3）無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件設(shè)施，必須具有一定的抗溫、抗?jié)瘛⒖闺姶鸥蓴_等物理特性，同時對同范圍內(nèi)的其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)干擾不大；

4）無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須具有標(biāo)準(zhǔn)接口，能實(shí)現(xiàn)無線和有線的同步連接。

2.2.1 MIMO無線網(wǎng)絡(luò)通信

MIMO天線技術(shù)是一種將無線通信的終端分為發(fā)射分集和接受分集的技術(shù)，在發(fā)射端和接收端分別由空時編碼器、DC/CD轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換解碼[3-4]。MIMO天線技術(shù)的通訊模型如圖3所示。

圖3 MIMO無線通信模型

MIMO天線技術(shù)目前采用微帶天線雙極化方式，其利用表面鍍金技術(shù)，將微帶天線一面接地，另一面制造成一定形狀的金屬鍍層，通過探針將金屬鍍層與天線饋線連接。

由于數(shù)據(jù)信號經(jīng)過調(diào)制后的波長大于微帶天線的金屬鍍層的內(nèi)徑，故將對其進(jìn)行改制，如圖4所示。

由圖4所示，微帶天線經(jīng)過雙極化改進(jìn)后，天線引出兩個突出區(qū)域，電磁輻射通過該區(qū)域向外發(fā)射，將發(fā)射的極化波分別定義為垂直分量和水平分量。通過判斷極化后的兩處信號頻率的波段是否一致，又將極化波定義為單頻率的雙極化信號和雙頻率的雙極化信號。

圖4 雙極化的微帶天線結(jié)構(gòu)圖

雙圓極化微帶天線的使用可以有效地將兩條不同信號同時使用信道并利用同樣的發(fā)射頻率的情況進(jìn)行隔離。利用上述原理可以在一定程度上盡可能地提高無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺廊萘俊?/p>

2.2.2 UBIQUITI RM5-Ti基站系統(tǒng)

本系統(tǒng)選用UBIQUITI networks公司研制的Rocket M系列MIMO無線網(wǎng)絡(luò)基站組件RM5-Ti。

RM5-Ti AirMax基站具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力和在惡劣環(huán)境下正常工作的能力，其主要由MIPS 74K處理器、128 MB SDRAM和SMA定位天線接口組成。Rocket M系列基站具有可視化的監(jiān)視界面，通過它來實(shí)現(xiàn)對基站的能量譜、信噪譜的實(shí)時觀測。

2.3 設(shè)備識別系統(tǒng)硬件選型

該系統(tǒng)需要利用手持終端設(shè)備對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行識別，因此機(jī)電設(shè)備自身必須有一定的標(biāo)記?？紤]到機(jī)電設(shè)備的工作環(huán)境具有高粉塵和高污染的特性，因此機(jī)電設(shè)備的標(biāo)記必須具有一定的抗污染和持久的能力。因此本系統(tǒng)采用RFID射頻識別技術(shù)[5-6]。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：處理器、讀寫器和標(biāo)簽。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1）處理器。處理器顧名思義是搜集和處理信息的，它主要由數(shù)據(jù)庫和中間組件組成。

2）讀寫器。讀寫器主要負(fù)責(zé)對機(jī)電設(shè)備的標(biāo)簽進(jìn)行讀取，它主要由控制系統(tǒng)和射頻接口兩個模塊組成。

3）標(biāo)簽。標(biāo)簽又稱為電子標(biāo)簽，其具有成本低、壽命長等特點(diǎn)。

3 結(jié)語

通過建立機(jī)電設(shè)備無線維護(hù)檢測系統(tǒng)對煤礦機(jī)電設(shè)備進(jìn)行檢測。通過對機(jī)電設(shè)備維護(hù)現(xiàn)狀分析，提出建立該系統(tǒng)并采用以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備的檢測：

1）RFID射頻識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)電設(shè)備維護(hù)過程的記錄和監(jiān)視功能。

2）MIMO無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)范圍內(nèi)的無線通信功能，保證數(shù)據(jù)的傳輸。