張文書

（山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

引言

隨著礦井現(xiàn)代化、自動化建設(shè)的不斷推進，井下機電設(shè)備自動化程度不斷提升，為礦井實現(xiàn)減人增效目標(biāo)創(chuàng)造了良好條件[1-3]?，F(xiàn)階段多數(shù)煤礦井下已鋪設(shè)有工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，地面監(jiān)控中心工作人員可遠程掌握各關(guān)鍵位置（輸送機機頭、轉(zhuǎn)載機、水泵房等）設(shè)備運行情況。受到井下環(huán)境影響，綜采設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)采用有線鋪設(shè)時需要作業(yè)人員頻繁移動電纜，不僅增加了作業(yè)人員工作強度而且容易導(dǎo)致線纜損壞[4-7]。為此，提出將WIFI技術(shù)應(yīng)用到該綜采設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸中，以避免在綜采工作面內(nèi)鋪設(shè)大量的線纜，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

1 WIFI技術(shù)及傳輸天線

WIFI技術(shù)在民用、地面企業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，主要結(jié)構(gòu)包括有AP（無線訪問節(jié)點）、無線網(wǎng)卡（CPE）等構(gòu)成。配備有無線網(wǎng)卡的電子設(shè)備均可通過AP傳輸數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段天線種類繁多，根據(jù)綜采工作面環(huán)境以及使用需要，選用板狀基站天線作為無線信號傳輸及發(fā)射天線[8]。板狀基站天線具備密封性能可靠、增益高、可靠性強等優(yōu)點，可適應(yīng)綜采工作面惡劣且復(fù)雜環(huán)境。具體板狀基站天線技術(shù)指標(biāo)見表1。

2 現(xiàn)場實施及關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

井下采面綜采設(shè)備WIFI通信的主要通道為已有的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，整個通信系統(tǒng)的框架是以Ethernet接口為基礎(chǔ)的TCP/IP協(xié)議，在綜采工作面采用WIFI無線網(wǎng)絡(luò)進一步延伸通信系統(tǒng)，從而實現(xiàn)無線傳輸與有線傳輸間的融合，具體綜采工作面網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)見圖1。在綜采工作面布置無線傳輸網(wǎng)絡(luò)為已有的有線傳輸擴展，無線基站間采用有線連接方式，從而提升無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并具備低延時特點。

表1 板狀基站天線技術(shù)指標(biāo)

圖1 綜采工作面網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

在綜采工作面內(nèi)布置的WIFI網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)對全覆蓋，實現(xiàn)綜采設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程傳輸。在采面內(nèi)布置的WIFI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有網(wǎng)絡(luò)交換機、UPS電源、板狀基站天線等，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)接收、發(fā)送等功能。

2.2 無線基站

在綜采工作面采用的無線網(wǎng)絡(luò)綜合VOIP技術(shù)、WIFI技術(shù)、無線定位技術(shù)以及視頻解碼接收，可實現(xiàn)視頻通話、無線定位、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。采用的無線基站型號為KF15-F1,基站工作頻率為2.4 GHz，發(fā)射功率100 mW，滿足IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)要求，數(shù)據(jù)傳輸速度達到54 Mbps，可適應(yīng)綜采工作面高粉塵、瓦斯等環(huán)境?；局С鯟PE、AP以及橋接等多種無線傳輸方式。選用的KF15-F1無線基站額定工作電流、電壓分別為800 mA、12 V，有效覆蓋半徑可達500 m，采用TCP/IP通信協(xié)議，是井下綜采工作面無線信號的接入點。

2.3 綜采設(shè)備機載無線通信模塊硬件結(jié)構(gòu)

綜采工作面主要設(shè)備為JOY生產(chǎn)的采煤機、采煤機液壓支架以及刮板輸送機等，在綜采設(shè)備原有的傳輸傳輸接口基礎(chǔ)上增加布置基于WIFI無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的CPE設(shè)備用以采集采煤機、液壓支架以及刮板輸送機等設(shè)備電控箱數(shù)據(jù)，并通過WIFI網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給AP單元，AP單元與采面設(shè)備列車上的核心交換機連接，經(jīng)過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)控中心。具體采煤機監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程見圖2。

圖2 采煤機監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程

天線是無線信號傳輸?shù)闹饕瞻l(fā)設(shè)備，其運行效率直接影響無線設(shè)備使用方式以及通信能力。在采煤機上布置的無線網(wǎng)卡（CPE）天線采用玻璃鋼全向天線，采用水平方式布置在采煤機頂護板下側(cè)。采面機頭、機尾布置的無線基站（AP）天線采用低剖面板狀天線，并布置懸吊安裝到機尾、端頭支架上。

3 實現(xiàn)功能分析

將WIFI技術(shù)應(yīng)用到采面綜采設(shè)備監(jiān)測設(shè)備傳輸中，可有效解決采煤機、液壓支架等綜采設(shè)備移動過程中線纜破斷或者調(diào)制解調(diào)器故障等導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)無法及時上傳等問題，可實現(xiàn)綜采設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠傳輸。在機頭、機尾等相對固定位置安裝通信站可進一步擴展綜采工作面無線傳輸功能，為后續(xù)安裝視頻監(jiān)控設(shè)備創(chuàng)造條件。

綜采工作面通過WIFI技術(shù)實現(xiàn)綜采設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)無線傳輸后，監(jiān)控中心可掌握采煤機等設(shè)備運行參數(shù)、報警信息等，可及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的或者潛在故障。具體采煤機監(jiān)測畫面見圖3。

4 結(jié)語

圖3 采煤機監(jiān)測畫面

將無線WIFI技術(shù)應(yīng)用到井下綜采設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸中，可有效避免傳統(tǒng)有線傳輸方式存在線纜頻繁移動、容易破損以及調(diào)制解調(diào)器容易損壞等問題，同時WIFI網(wǎng)絡(luò)具有便于部署、組網(wǎng)靈活、實用性等優(yōu)點。將綜采工作面內(nèi)布置的WIFI網(wǎng)絡(luò)與井下已經(jīng)有工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合，地面調(diào)度中心可實時掌握采煤機等設(shè)備參數(shù)，便于管理。通過在綜采工作面布置WIFI無線網(wǎng)絡(luò)可為后續(xù)綜采工作面自動化生產(chǎn)、遠程視頻監(jiān)控等功能的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。