王少勇 張延凱

摘要：智慧礦山是現(xiàn)代化礦山的發(fā)展方向，井下運(yùn)輸系統(tǒng)也向無(wú)人化、自動(dòng)化發(fā)展，原采礦工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課還是針對(duì)老舊的井下運(yùn)輸系統(tǒng)，大大降低了學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐能力。為此，北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)了國(guó)內(nèi)第一套礦山井下信集閉運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。論述了采礦工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性及采礦工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的現(xiàn)狀，為我國(guó)采礦工程類(lèi)院校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：信集閉；礦井運(yùn)輸；實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)；建設(shè)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）15-0273-02

一、引言

隨著礦井信集閉運(yùn)輸技術(shù)的不斷發(fā)展，如今計(jì)算機(jī)作為主控設(shè)備的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器信集閉系統(tǒng)，引入智能控制，探索出一系列柔性調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化調(diào)度。而現(xiàn)代采礦工程類(lèi)院校的實(shí)驗(yàn)室主要還是傳統(tǒng)的采礦工藝、物理、化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)研究設(shè)備，隨著智慧礦山的建設(shè)與發(fā)展，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究顯然無(wú)法滿足現(xiàn)代化礦山對(duì)人才的培養(yǎng)需求。為此北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)了國(guó)內(nèi)第一套信集閉礦井運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，重點(diǎn)服務(wù)本校的教學(xué)及科研，培養(yǎng)具有采礦技術(shù)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)科技相關(guān)的復(fù)合性人才，同時(shí)給相關(guān)院校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)起到示范效應(yīng)。

二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建目標(biāo)

礦山井下信集閉礦井實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)是推動(dòng)礦山生產(chǎn)的無(wú)人化、自動(dòng)化，培養(yǎng)適應(yīng)建設(shè)現(xiàn)代化礦山的人才需求；為學(xué)生提供學(xué)習(xí)新技術(shù)、創(chuàng)新發(fā)展的平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力，推動(dòng)信集閉輸?shù)V井運(yùn)輸系統(tǒng)在采礦工程中的應(yīng)用。

三、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的硬件建設(shè)方面主要從實(shí)驗(yàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和以工業(yè)以太網(wǎng)為核心的機(jī)車(chē)運(yùn)輸系統(tǒng)二個(gè)方面入手。形成以通信、監(jiān)測(cè)、信息處理、計(jì)算機(jī)等技術(shù)構(gòu)建的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為技術(shù)基礎(chǔ)，以工業(yè)以太網(wǎng)為核心的運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

（一）實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建

1.實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)由無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、基站、顯示終端等構(gòu)成。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)分為錨節(jié)點(diǎn)（Beacon）、車(chē)載節(jié)點(diǎn)，通過(guò)車(chē)載節(jié)點(diǎn)的周期性的發(fā)送探測(cè)包，錨節(jié)點(diǎn)接到探測(cè)包后，計(jì)算RSSI值并向基站路由，基站接收數(shù)據(jù)通過(guò)臨近基站服務(wù)器，臨近服務(wù)器解析接收到的數(shù)據(jù)包，完成終端顯示，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)的跟蹤定位、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)定位、生產(chǎn)調(diào)度、災(zāi)害預(yù)警和搶險(xiǎn)救災(zāi)等功能。

2.基于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的定位跟蹤系統(tǒng)，能夠有效解決超大規(guī)模組網(wǎng)過(guò)程中面臨的節(jié)點(diǎn)時(shí)延大、信號(hào)沖突和相互干擾等問(wèn)題，結(jié)合自主開(kāi)發(fā)的Mac協(xié)議、Ad-Hoc協(xié)議直接控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器射頻模塊，制定工作/休眠策略，增加射頻模塊的休眠時(shí)間，有效解決數(shù)據(jù)傳遞時(shí)延大、信號(hào)沖突，相互干擾等問(wèn)題，有效增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的融合能力，提高了實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，使信集閉系統(tǒng)真正邁入實(shí)際應(yīng)用階段。新建的網(wǎng)絡(luò)智能終端硬件及軟件系統(tǒng)，可進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，滿足不同功能的需求。利用信集閉運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，可以開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，同時(shí)也給老師、研究生提供科研平臺(tái)。

（二）機(jī)車(chē)運(yùn)輸裝置平臺(tái)建設(shè)

井下機(jī)車(chē)運(yùn)輸信集閉系統(tǒng)在智能安全與管理中起著重要作用，其主要功能是輔助運(yùn)輸管理部門(mén)對(duì)各平巷、斜巷中的機(jī)車(chē)、牽引車(chē)、人員進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度實(shí)現(xiàn)運(yùn)行管理自動(dòng)化。根據(jù)我國(guó)礦井下平巷和斜巷工作面環(huán)境的分析，確定本系統(tǒng)必須要能夠?qū)崟r(shí)顯示井下機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)車(chē)位置、機(jī)車(chē)號(hào)、信號(hào)燈號(hào)和區(qū)段占用情況等特點(diǎn)。

四、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件建設(shè)

通過(guò)信集閉礦井運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建，實(shí)驗(yàn)室將與設(shè)備商長(zhǎng)期合作，不斷更新信集閉礦井運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的硬件設(shè)施，不斷完善教學(xué)體系，為我國(guó)采礦類(lèi)院校打造一座精品實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，推動(dòng)采礦行業(yè)向智慧礦山不斷發(fā)展。

1.實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)還處于開(kāi)放式發(fā)展階段，隨著新技術(shù)、新工藝研發(fā)，工控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的迭代更新、實(shí)驗(yàn)室研究成果、礦山企業(yè)安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)利益的訴求，將有效推動(dòng)礦井信集閉運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)發(fā)展。

2.校企聯(lián)合課程建設(shè)。為確保信集閉系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展，聯(lián)合研發(fā)一系列融合采礦工程特色課程體系，實(shí)驗(yàn)室與企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行課程建設(shè)，培養(yǎng)具有采礦技術(shù)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)科技的專(zhuān)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)人才。將北京科技大學(xué)信集閉運(yùn)輸系統(tǒng)打造成采礦類(lèi)院校中最具前沿科學(xué)、創(chuàng)新發(fā)展，服務(wù)于智慧礦山建設(shè)的井精品示范平臺(tái)。

3.MPS仿真模擬的建設(shè)。本實(shí)驗(yàn)室采用PLC編程建立一套北科大信集閉礦井運(yùn)輸系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)，使學(xué)生掌握傳感器控制、PLC編程，提高實(shí)驗(yàn)開(kāi)放性、趣味性，加深師生對(duì)自動(dòng)化控制的理解。

五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的開(kāi)展

信集閉運(yùn)輸系統(tǒng)建成后，從根本上解決了繼電器、可編程序控制器主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化等一系列問(wèn)題。就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸調(diào)度、可視化監(jiān)測(cè)、信息管理、自動(dòng)化控制等項(xiàng)目系統(tǒng)仿真模擬實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)合分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)工控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、無(wú)線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳感器、礦山平行系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)研究，開(kāi)展聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)、調(diào)度運(yùn)輸、在線監(jiān)測(cè)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.《礦山安全技術(shù)及工程》實(shí)驗(yàn)課程，利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬仿真六大系統(tǒng)，開(kāi)展人員定位、井下通訊、壓風(fēng)自救等實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉指揮控制中心工作環(huán)境，掌握礦山安全避險(xiǎn)系統(tǒng)的軟件操作；認(rèn)識(shí)基站，了解基站布置情況。

2.《礦山運(yùn)輸與提升》實(shí)驗(yàn)課程，通過(guò)信集閉礦山運(yùn)輸仿真系統(tǒng)模擬檢測(cè)車(chē)速、運(yùn)行方向、車(chē)皮數(shù)等信息，通過(guò)井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)收集，將數(shù)據(jù)由節(jié)點(diǎn)傳遞到分站，在通過(guò)分站發(fā)送至主機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)運(yùn)行軌跡多種信息的顯現(xiàn)。

3.該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)屬于軟硬件均可二次開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，滿足礦山生產(chǎn)的不同功能需求，使學(xué)生、教師更好地利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)的學(xué)習(xí)及科研工作。

六、結(jié)語(yǔ)

北京科技大學(xué)金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室具有與金屬礦山開(kāi)采相關(guān)的物理、化學(xué)、生物機(jī)理研究實(shí)驗(yàn)設(shè)備，隨著現(xiàn)代化礦山的不斷發(fā)展，建設(shè)一條與智慧礦山相關(guān)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)尤為必要。信集閉運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)，擴(kuò)展了采礦學(xué)科的延伸發(fā)展，使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)更加能夠適應(yīng)企業(yè)。在以后的教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們將不斷地完善實(shí)驗(yàn)課程，培養(yǎng)適應(yīng)智慧礦山建設(shè)的人才需求。

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