馬昆

（國家能源寧夏煤業(yè)集團限公司,寧夏 銀川 750000）

近幾年來，為了在采煤技術(shù)上實現(xiàn)采煤機的遠程監(jiān)控，需要將無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、射頻技術(shù)以及信息處理技術(shù)等綜合利用，將其融入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)，建立以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的采煤機綜合監(jiān)控系統(tǒng)。通過工作人員監(jiān)測采煤機上的電動機位置、電流、牽引速度及搖臂傾斜角度等一系列參數(shù)，可以實現(xiàn)對現(xiàn)場工作畫面的搜集與整理，將這些畫面的視頻、音頻數(shù)據(jù)經(jīng)過工業(yè)以太網(wǎng)及無線傳感網(wǎng)絡(luò)上傳到地面的監(jiān)控中心，這樣既可以實時監(jiān)控礦井內(nèi)的災(zāi)害，及時預(yù)警并做好事故的診斷工作，也可以使地面的監(jiān)測中心能夠?qū)ζ溥M行智能化的操控，推動采煤機作業(yè)實現(xiàn)正常平穩(wěn)的工作狀態(tài)，為以后實現(xiàn)采煤無人自動化工作奠定基礎(chǔ)。

1 關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)含義

1．1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)含義

所謂物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是指通過信息安全技術(shù)、紅外線射頻技術(shù)、計算機技術(shù)以及傳感器技術(shù)等將日常生活中的具體物品與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，是我國目前迅速發(fā)展的新興技術(shù)與科技，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效地融入傳統(tǒng)的機械工程技術(shù)當中能夠極大地提高傳統(tǒng)機械工程技術(shù)的效率與水平。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并非將集中簡單的技術(shù)進行拼湊，而是將這些技術(shù)綜合起來，進行系統(tǒng)組合，自20世紀90年代起物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國就已經(jīng)被研發(fā)，在最近十年中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸向微型、智能及系統(tǒng)化的方向發(fā)展。我國的煤礦開采行業(yè)正采用積極的方式，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的煤礦器械開采相結(jié)合，這是一種巨大的改變，能為我國的煤礦開采事業(yè)帶來新的生機與活力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有以下幾點好處：可以促進煤礦機器操作工作的高效性，可以使所有煤礦開采的操作過程都在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐下進行，這有利于煤礦開采工作的規(guī)范性與安全性，將繁瑣的工作流程加以簡化，節(jié)省了煤礦開采工人的勞動時間，有效提高工人的工作效率，從而大大降低了開采成本；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也可以提高煤礦機器操作的智能化，使煤礦開采工人在工作過程中享受更加人性化的設(shè)計與體驗，從而提高工作效率；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以使煤礦器械微型化，從而降低了生產(chǎn)的消耗與浪費，節(jié)省更多的資源，增加煤礦開采過程的安全性。

1．2 射頻技術(shù)含義

所謂射頻技術(shù)，即射頻識別技術(shù)，其英文名稱為RadioFrequencyIdentifi-cation，屬于一種非接觸性的自動識別技術(shù)。射頻技術(shù)是通過對某些射頻信號、雷達反射及空間電磁耦合的傳輸，自動識別物體，取得相關(guān)物體的基本數(shù)據(jù)，該識別不需要人工參與，可以被應(yīng)用于各種惡劣的氣候環(huán)境中。射頻技術(shù)可被運用于識別正處于高速運動的物體以及多個物體中，其操作簡單快捷，具體由電子標簽、閱讀器以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)3部分構(gòu)成。其中，電子標簽是射頻技術(shù)中的數(shù)據(jù)載體部分，由專用的標簽芯片和天線構(gòu)成，根據(jù)供電形式的不同可將其分為無源電子標簽、有源電子標簽以及半無源電子標簽。半無源電子標簽有一部分通過電池運作，有源電子標簽內(nèi)部裝置了電池，無源射頻標簽內(nèi)部則沒有安裝電池，讀寫器為了實現(xiàn)讀出或者寫入內(nèi)存數(shù)據(jù)及標簽的識別碼，通常情況下利用天線與電子標簽通信。比較具有代表性的讀寫器由發(fā)送器、接收器、讀寫器的天線及控制單元組成，為了利用電子標簽將數(shù)據(jù)信息規(guī)范地存儲起來，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)會使用無線通信技術(shù)搜集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送到信息中心，識別物體后將信息在互聯(lián)網(wǎng)上共享或交換，從而達到感知物體的目的。

1．3 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)含義

信息社會的一般標志就是對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用與普及，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括傳感器技術(shù)、通信技術(shù)以及計算機技術(shù)。其中，傳感器技術(shù)是人類感官的發(fā)展；通信技術(shù)作為傳遞信息的技術(shù)，是人類神經(jīng)系統(tǒng)的延伸；計算機技術(shù)作為處理信息的技術(shù)，是人類大腦功能的延續(xù)。傳感器利用互聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)對信息的協(xié)同與傳遞，具體包括近距離的通信與廣域范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信兩種類型。近距離的通信分為WIFI、藍牙及ZigBee等，近距離的通信將IEEE802.15.4通信技術(shù)作為主流，該通信技術(shù)具有距離短、速率低及功耗低的優(yōu)點，可用于存儲和計算能力受到限制的簡單機器；廣域范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)可以通過2G/3G的移動通信、衛(wèi)星通信或者IP互聯(lián)網(wǎng)進行遠距離的信息傳遞。

2 采煤機物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

2．1 采煤機物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工作原理

采煤機物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要在工作前通過傳感器的節(jié)點等設(shè)備搜集周邊環(huán)境及采煤機的工作情況信號，若搜集的數(shù)據(jù)存在異常或超過限制，報警系統(tǒng)將會啟動并促使工作現(xiàn)場的自動控制設(shè)備開啟。每一個傳感器的最終節(jié)點會把搜集的數(shù)據(jù)及時傳遞到協(xié)調(diào)器的節(jié)點內(nèi)，協(xié)調(diào)器的節(jié)點將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC數(shù)據(jù)，并交由PLC的控制版面進行相關(guān)處理，同一時間內(nèi)這些數(shù)據(jù)被上傳到地面的監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心及時檢測這些數(shù)據(jù)信息，對其進行整理分析并顯示在工業(yè)的大屏幕上，至此，采煤機物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對于工作狀況的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲并顯示以及對故障的維修才算完成，最后將警告信息發(fā)布于遠程的無線終端部分，并向上層部門匯報，緊急啟動危險應(yīng)急處理指揮模式及遠程操控，對采煤機設(shè)備的牽引速度、定位以及啟動、關(guān)閉做好及時調(diào)整。

2．2 采煤機物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

目前為止，根據(jù)現(xiàn)階段采煤機設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來看，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的采煤機操作系統(tǒng)是通過各個無線傳感器的節(jié)點，將搜集到的信息利用信息的融合手段進行相應(yīng)處理，并減少了由單一傳感器以及信息量限制造成的錯報現(xiàn)象的發(fā)生，篩除了大量的冗余數(shù)據(jù)，使通信技術(shù)的寬帶和能量資源得到節(jié)約，增強了對信息的搜集能力，促進信息間的感知與互補。

采煤機物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分為網(wǎng)絡(luò)層、感知層與應(yīng)用層3個部分。網(wǎng)絡(luò)層具體包括地面的光纖網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、服務(wù)器、路由器以及防火墻等，這些也是采礦區(qū)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)，可用于傳輸信息。感知層具體包括關(guān)于周邊環(huán)境信息、人員信息及采煤機各項參數(shù)信息的傳感器，由傳感器架構(gòu)一整個傳感網(wǎng)絡(luò)，確保能夠為采礦區(qū)提供全面的工作信息。應(yīng)用層具體包括人員管理系統(tǒng)、煤礦自動化系統(tǒng)、視頻檢測系統(tǒng)以及應(yīng)急指揮系統(tǒng)等，屬于采礦區(qū)的信息綜合性平臺，應(yīng)用層可以實現(xiàn)對礦區(qū)工作生產(chǎn)信息、安全數(shù)據(jù)的整理分析，并實時監(jiān)控采煤機器械的工作狀況。這一系統(tǒng)可以通過與電視監(jiān)測系統(tǒng)的合作，使地面信息中心加強對礦區(qū)工作人員分布、井下工作環(huán)境及采煤機生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)的全面監(jiān)控，將這些數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)缴蠈宇I(lǐng)導(dǎo)面前，指揮中心通過計算機就可以及時了解礦區(qū)人員及設(shè)備的狀態(tài)，從而實施高效的管理與調(diào)度。

2．3 采煤機物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模塊設(shè)計

根據(jù)工作實際情況需要，對采煤機物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的模塊設(shè)計分為人員監(jiān)控、采煤機溫度檢驗及可燃有毒氣體檢驗3個部分。分段人員監(jiān)控部分包括給每一位工作人員佩帶標簽，標簽內(nèi)容包括姓名、年紀、工作時間及工作部門等，這些信息可以在礦井的主要通道及出入口內(nèi)被讀取，經(jīng)過數(shù)據(jù)信息的處理送到監(jiān)控中心，做好對井下人員的監(jiān)測工作。

對采煤機的溫度檢驗是由于采煤機長期運行過程中會出現(xiàn)電纜接觸不良等故障，這些故障導(dǎo)致采煤機溫度的升高，干擾井下生產(chǎn)的安全。最好的辦法是將溫度節(jié)點設(shè)置于采煤機上，由相鄰節(jié)點讀取溫度數(shù)據(jù)并將信息通過多跳的形式傳送至匯聚節(jié)點處，最后由有線網(wǎng)將這些數(shù)據(jù)送到地面信息控制中心。

可燃有毒氣體的檢驗是通過傳感器節(jié)點組網(wǎng)的方式，將WiFi與服務(wù)器相連，使可燃有毒氣體傳感器檢測到的數(shù)據(jù)通過有限光纖網(wǎng)或無線傳感網(wǎng)送到地面控制中心。在可燃有毒氣體含量超標時，傳感器可以及時啟動警報，讓工作人員撤離工作現(xiàn)場，開啟排風(fēng)機直到可燃氣體濃度降低至安全值。在地面控制中心接到報警信號后，大屏幕上立刻轉(zhuǎn)換到警報所在地的工作監(jiān)控畫面，采礦區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)啟動緊急救援方案和措施，即時有效地指揮救援。

3 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與煤礦器械的結(jié)合，我國應(yīng)用于采煤機設(shè)備上的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展前景越來越廣闊，采煤機物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)極具特色，在煤礦開采過程中為促進采煤器械設(shè)備的穩(wěn)定運行做出了貢獻。