張志強(qiáng)

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電信息部，山西 長(zhǎng)治 046600）

山西霍爾辛赫煤礦主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中，當(dāng)井下某些隱患出現(xiàn)時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)其他系統(tǒng)或設(shè)備做出相應(yīng)動(dòng)作，主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性和可靠性不夠。為建設(shè)高效高產(chǎn)安全型煤礦，基于數(shù)字化煤礦的建設(shè)要求，該礦對(duì)主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。

1 工程概況

山西霍爾辛赫煤礦成立于2005年6月，位于山西省長(zhǎng)子縣丹朱鎮(zhèn)南鮑村境內(nèi)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力每年300萬(wàn)t，所開采煤層厚度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為穩(wěn)定型全區(qū)可采煤層。

針對(duì)霍爾辛赫煤礦主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。與主膠帶運(yùn)輸相關(guān)的系統(tǒng)已有KJ69J人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、K95N安全檢測(cè)系統(tǒng)、主膠帶集控系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、IP廣播系統(tǒng)等。本次物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的目的主要是對(duì)各個(gè)相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)深度融合，消除信息孤島，增加延伸功能；通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和數(shù)據(jù)接口將各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)相應(yīng)的預(yù)案及時(shí)地進(jìn)行信息傳遞。霍爾辛赫煤礦主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)如圖1所示。

圖1 主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

2 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件配置

針對(duì)主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，設(shè)置1臺(tái)I/O服務(wù)器，用于采集、發(fā)送全部數(shù)據(jù)；設(shè)置1臺(tái)web服務(wù)器，負(fù)責(zé)Web發(fā)布，把信息傳送到局域網(wǎng)；設(shè)置1臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)信息，生成實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，供數(shù)據(jù)查詢與分析；設(shè)置1臺(tái)工作站，用于監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的工況、設(shè)備的狀態(tài)、控制各種設(shè)備的運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)分三層架構(gòu)設(shè)計(jì)：

（1）感知與控制層設(shè)計(jì)。主要是分布式感知與控制，實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)與安全過(guò)程中各種傳感與控制信息的采集與施用。

（2）信息集成層設(shè)計(jì)。本層設(shè)計(jì)是要建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)平臺(tái)，各種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述形式、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理格式和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理方式，便于信息的挖掘和融合。

（3）管理與決策層設(shè)計(jì)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)在信息集成層得到整合后，目的是為了利用這些信息去實(shí)時(shí)詳盡地描述與控制主膠帶運(yùn)輸，由此實(shí)現(xiàn)主膠帶運(yùn)輸?shù)陌踩a(chǎn)評(píng)價(jià)與監(jiān)管、災(zāi)害預(yù)警與防治、輸送機(jī)設(shè)備故障診斷、輸送機(jī)沿線資源環(huán)境控制及評(píng)價(jià)等。

3 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)

（1）人員感知。提取人員定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸巷內(nèi)人員準(zhǔn)確定位，落實(shí)崗位人員在崗狀態(tài)。同時(shí)，結(jié)合輸送機(jī)的設(shè)備感知傳感器和環(huán)境感知傳感器采集的信息，告知作業(yè)人員設(shè)備的故障點(diǎn)，或是在環(huán)境發(fā)生危險(xiǎn)的時(shí)候，通過(guò)人員定位系統(tǒng)及時(shí)告知工作人員信息。

（2）設(shè)備感知。在基本保護(hù)和裝置的基礎(chǔ)上增加了設(shè)備感知傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)設(shè)備及輔助系統(tǒng)的感知。主要包括以下幾方面：

① 輸送帶接頭定位感知。在輸送帶的接頭處，植入無(wú)源標(biāo)識(shí)卡，通過(guò)系統(tǒng)修正計(jì)算實(shí)現(xiàn)輸送帶接頭的精確定位，可在膠帶輸送機(jī)正常運(yùn)行的情況下，實(shí)時(shí)反饋接頭的位置給檢修人員，大大提高檢修效率。

② 機(jī)架振動(dòng)感知。在膠帶輸送機(jī)機(jī)架沿線，分布增裝振動(dòng)傳感器，監(jiān)測(cè)機(jī)架的工作狀態(tài)，當(dāng)有大的振動(dòng)時(shí)可以發(fā)出告警信息或停機(jī)。

③ 大塊矸石感知。采用非接觸方式自動(dòng)測(cè)量物體間的位移量、傳感器距物體間距離，監(jiān)測(cè)物體的長(zhǎng)度、寬度、厚度，實(shí)時(shí)顯示采集結(jié)果，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)“大矸石”的檢測(cè)，及時(shí)停車或通知工作人員前去處理。

④ 設(shè)備可視化感知。在膠帶運(yùn)輸巷沿線定點(diǎn)分布安裝高清網(wǎng)絡(luò)投像儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控輸送機(jī)的運(yùn)行圖像，把圖像集成到輸送機(jī)的控制保護(hù)集成平臺(tái)，達(dá)到設(shè)備全線“看得到”的目的。

（3）環(huán)境安全感知。提取安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道的環(huán)境參數(shù)。

（4）集成具備預(yù)警聯(lián)動(dòng)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心、視頻監(jiān)控功能的智能管控平臺(tái)。生產(chǎn)智能管控平臺(tái)不只是傳統(tǒng)意義上對(duì)設(shè)備簡(jiǎn)單地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程控制，物聯(lián)網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的預(yù)警聯(lián)動(dòng)控制及三維立體展示；結(jié)合生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)預(yù)警機(jī)制快速自動(dòng)切換視頻監(jiān)控畫面，定位預(yù)警位置。針對(duì)礦井管理人員對(duì)全礦安全生產(chǎn)情況的實(shí)時(shí)、綜合監(jiān)管需求，以管理要素為核心，結(jié)合二維、三維、GIS、綜合分析圖表等多種信息展現(xiàn)手段，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在統(tǒng)一界面中集中呈現(xiàn)，并進(jìn)行綜合分析、預(yù)警。

（5）集成統(tǒng)一信息管理平臺(tái)。信息管理平臺(tái)統(tǒng)一了手機(jī)信息及桌面信息，將所有的信息采集、處理、預(yù)測(cè)進(jìn)行集中管理，分級(jí)處理，能有效地提高工作效率。

（6）智能數(shù)據(jù)決策輔助支持。利用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人員定位、設(shè)備故障、環(huán)境安全的智能分析檢測(cè)，為高層決策提供依據(jù)。

4 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)分析

霍爾辛赫煤礦主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)對(duì)礦井運(yùn)輸安全生產(chǎn)起到了有力的保障，該平臺(tái)建設(shè)中主要涉及以下主要關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)動(dòng)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

一個(gè)大的信息化項(xiàng)目，可能由多個(gè)單位來(lái)分步實(shí)施，這就會(huì)造成異構(gòu)系統(tǒng)出現(xiàn)，而要將多個(gè)不同業(yè)務(wù)類型的系統(tǒng)集成到同一個(gè)平臺(tái)上，需要（1）在信息系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)、編碼以及系統(tǒng)程序等多層次的縱向“整合”，實(shí)現(xiàn)“縱向貫通”；（2）應(yīng)用集成/業(yè)務(wù)流程集成，建立統(tǒng)一、共用的信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的“橫向集成”；（3）“縱向貫通”和“橫向集成”實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源一體化管控。

4.2 實(shí)時(shí)3DGIS（三維地理信息系統(tǒng)）

為后期物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展做測(cè)試，針對(duì)煤礦地下開采的特點(diǎn)，在存儲(chǔ)地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)的前提下，運(yùn)用三維建模技術(shù)將采礦設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行矢量化處理，將處理后的點(diǎn)集按照三維模型的集合來(lái)存儲(chǔ)，并提供模型管理工具、模型三維構(gòu)建的圖形算法插件，供其他系統(tǒng)調(diào)用查看。

4.3 適合煤礦特征的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)挖掘，首先涉及高效的數(shù)據(jù)抽取技術(shù)，需要快速高效地將數(shù)據(jù)進(jìn)行提取并填充到數(shù)據(jù)模型中；同時(shí)還必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和篩選，只有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，才會(huì)生成高質(zhì)量的結(jié)果。要想數(shù)據(jù)挖掘真正應(yīng)用到煤礦，最關(guān)鍵的是在于建立反應(yīng)煤礦業(yè)務(wù)需求的數(shù)據(jù)挖掘模型，通過(guò)正確的業(yè)務(wù)模型，結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘算法，才有可能分析出有意義的結(jié)果。在本項(xiàng)目中，提出了作業(yè)區(qū)域環(huán)境安全等級(jí)判定、報(bào)警防范及聯(lián)動(dòng)管理、生產(chǎn)環(huán)節(jié)能耗監(jiān)測(cè)與效能分析、在線設(shè)備管理等方面的數(shù)據(jù)挖掘模型，并進(jìn)行驗(yàn)證和示范應(yīng)用。

5 實(shí)踐應(yīng)用效果分析

物聯(lián)網(wǎng)在霍爾辛赫煤礦主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，效果顯著。

（1）人員感知。能夠快速定位人員位置、確認(rèn)目標(biāo)區(qū)域人員分布情況，利用廣播系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)井上下對(duì)講，提高檢修、應(yīng)急效率。

（2）設(shè)備感知。融合主膠帶所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并以現(xiàn)場(chǎng)LED屏、手機(jī)短信、廣播、上位視頻聯(lián)動(dòng)、上位語(yǔ)音報(bào)警等方式將報(bào)警信息分類、分級(jí)發(fā)送，應(yīng)用效果良好。其中，大塊矸石視頻聯(lián)動(dòng)報(bào)警應(yīng)用效果最明顯。監(jiān)測(cè)傳感器安裝在落煤點(diǎn)前50m處，膠帶輸送機(jī)運(yùn)行速度為2.5m/s，留有20s的反應(yīng)時(shí)間，當(dāng)有報(bào)警時(shí)，相應(yīng)視頻畫面即時(shí)彈出，上位語(yǔ)音報(bào)警需要3s，上位膠帶輸送機(jī)司機(jī)有17s的反應(yīng)時(shí)間，通過(guò)視頻畫面監(jiān)控大塊矸石經(jīng)過(guò)落煤點(diǎn)的全過(guò)程，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)停機(jī)，并聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員及時(shí)處理，從發(fā)現(xiàn)落煤點(diǎn)卡矸到膠帶輸送機(jī)停機(jī)只需要6s，保證了膠帶輸送機(jī)的安全，利用人員定位和廣播聯(lián)系巡檢人員處理卡矸，只需要3～5min，保證了膠帶輸送機(jī)的開機(jī)率。應(yīng)用1年，共處理卡矸2次，未發(fā)生撕帶或堆煤等問(wèn)題。

（3）環(huán)境安全感知。能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)巷道的環(huán)境參數(shù)。

（4）數(shù)據(jù)聯(lián)機(jī)分析。將膠帶輸送機(jī)的張力傳感器人為調(diào)動(dòng)大?。ê龃蠛鲂?，但不超過(guò)報(bào)警值），3s后，系統(tǒng)根據(jù)張力報(bào)警設(shè)定的級(jí)別及發(fā)送方式進(jìn)行報(bào)警發(fā)送。

（5）智能數(shù)據(jù)決策輔助支持。系統(tǒng)集成了便于操作的人機(jī)界面，便于各種條件的數(shù)據(jù)檢測(cè)，為設(shè)備檢修、運(yùn)行、故障處理提供便捷有效的技術(shù)支持，在人員組織、設(shè)備定期檢修管理中發(fā)揮了很大的作用。

6 結(jié)語(yǔ)

論文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在霍爾辛赫煤礦主膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)中的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了研究。采用多信息融合、海量數(shù)據(jù)挖掘、嵌入式實(shí)時(shí)分析、故障診斷、信息共享等技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)功能傳感器進(jìn)行擴(kuò)展，融合現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合、處理，形成物聯(lián)網(wǎng)，為霍爾辛赫煤礦主膠帶集控系統(tǒng)的無(wú)人值守提供了保障。