面向生產(chǎn)自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用

高睿

摘要：介紹了自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)，指出煤礦行業(yè)在實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化之后, 發(fā)展面向生產(chǎn)自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是建設(shè)現(xiàn)代化礦井的必由之路。面向生產(chǎn)自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用,將使礦井人員的安全得到保證,將使煤炭行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到明顯提高。針對(duì)我國(guó)煤礦生產(chǎn)技術(shù)落后的現(xiàn)狀,提出了面向生產(chǎn)自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭行業(yè)應(yīng)用的方案和建議。

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2012)04(a)-0000-00

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與我國(guó)煤炭生產(chǎn)現(xiàn)狀概述

隨著國(guó)家對(duì)礦山安全的重視程度不斷加強(qiáng)，礦山企業(yè)在各種安全監(jiān)控、生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)方面的投入逐年加大，對(duì)保證礦山的安全和正常生產(chǎn)起到了重要作用。由于我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)存條件復(fù)雜，煤礦自動(dòng)化水平低，井下用人多，生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)采用的技術(shù)比較落后，功能單一，使得生產(chǎn)成本高，安全形勢(shì)不容樂觀。

“物聯(lián)網(wǎng)”概念的問世，打破了煤炭生產(chǎn)行業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化和安全保障技術(shù)發(fā)展的傳統(tǒng)思維。過去的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施分開。對(duì)煤礦安全生產(chǎn)而言，在“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代，各類傳感器、電纜、電氣設(shè)備、鋼筋混凝土等將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，基于物聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)煤礦復(fù)雜環(huán)境下生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的人員、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施有效的協(xié)同管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)為建立煤礦安全生產(chǎn)與預(yù)警救援新體系提出了新的思路和方法。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的煤炭生產(chǎn)自動(dòng)化，在生產(chǎn)組織和流程方面將會(huì)發(fā)生明顯的變化，具有以下的特征：將礦山地理、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工與運(yùn)銷、礦山生態(tài)等綜合信息全面數(shù)字化，將感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息處理、智能計(jì)算、現(xiàn)代控制技術(shù)、信息管理等與現(xiàn)代采礦及礦物加工技術(shù)緊密相結(jié)合，構(gòu)成礦山中人與人、人與物、物與物相聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)的全過程。

2煤炭生產(chǎn)安全監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)

從煤礦安全監(jiān)控方面看，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤炭生產(chǎn)自動(dòng)化是在實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的物聯(lián)網(wǎng)。即：礦工周圍環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式安全保障；礦山設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修；礦山災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各種災(zāi)害事故的預(yù)警預(yù)報(bào)。

主要包括以下自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)：1、系統(tǒng)集成平臺(tái)建設(shè)：建設(shè)全礦井安全、人員、設(shè)備的感知集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全礦井地面遠(yuǎn)程監(jiān)控。2、礦山網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)：包括井上、井下高速工業(yè)以太網(wǎng)和調(diào)度指揮控制中心工業(yè)以太網(wǎng)建設(shè)；利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立覆蓋煤礦井下,保障出現(xiàn)故障或?yàn)?zāi)害情況下通信鏈路的通暢。3、人員安全環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)：集成現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)、人員定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦工對(duì)周圍環(huán)境的感知和信息傳輸。4、設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)：對(duì)井上、井下各生產(chǎn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)礦井進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控,感知設(shè)備工作健康狀況。所有自動(dòng)化子系統(tǒng)將連接到統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)面向生產(chǎn)自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)體系，該系統(tǒng)由一個(gè)功能完善的軟件控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

需要指出的是，煤礦井下移動(dòng)設(shè)備、人員、及礦山災(zāi)害的分布式監(jiān)測(cè)均需要無線網(wǎng)絡(luò)，這包括無線語音、無線數(shù)據(jù)、無線信息傳輸。其用途包括：設(shè)備工況監(jiān)測(cè)監(jiān)控、災(zāi)害環(huán)境信息監(jiān)測(cè)、人員定位、機(jī)車管理、通信等，形成一個(gè)完善的無線感知平臺(tái)。這樣就能夠保證在出現(xiàn)自然災(zāi)害時(shí)，系統(tǒng)能夠保持正常工作，為生產(chǎn)救援提供最大的支撐。

3煤炭生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)

從煤礦生產(chǎn)方面看，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤炭生產(chǎn)自動(dòng)化是在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面的物聯(lián)網(wǎng)。1、煤炭采掘系統(tǒng)的自動(dòng)化及其物聯(lián)網(wǎng)。2、運(yùn)輸提升系統(tǒng)自動(dòng)化及其物聯(lián)網(wǎng)。3、礦井提升系統(tǒng)的自動(dòng)化及其物聯(lián)網(wǎng)。

目前，煤炭采掘系統(tǒng)自動(dòng)化方面具有以下特點(diǎn):(1)采煤設(shè)備向電牽引方向發(fā)展,使裝機(jī)容量越來越大。(2)以計(jì)算機(jī)為核心具有多種傳感器的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，已成為先進(jìn)高效綜采設(shè)備的主要特點(diǎn)。 (3)工作面輸送機(jī)向重型化、大運(yùn)量、高壽命、高強(qiáng)度發(fā)展。

運(yùn)輸提升系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)，主要對(duì)以下情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)：膠帶機(jī)打滑、堆煤、煤位、超溫灑水、煙霧、溫度、沿線急停、跑偏、斷帶等。智能跑偏及拉線保護(hù)是對(duì)膠帶機(jī)運(yùn)行當(dāng)中的跑偏故障進(jìn)行保護(hù)和沿線出現(xiàn)緊急情況時(shí)進(jìn)行緊急停車。堆煤保護(hù)要求監(jiān)測(cè)煤點(diǎn)是否堵塞，出現(xiàn)故障能控制膠帶機(jī)緊急停車。煙霧保護(hù)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)部因機(jī)械摩擦產(chǎn)生的煙霧，并能控制膠帶機(jī)緊急停車。超溫灑水保護(hù)對(duì)驅(qū)動(dòng)部發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行停車灑水保護(hù)。打滑保護(hù)監(jiān)測(cè)要求在膠帶機(jī)上安裝測(cè)速傳感器。溫度保護(hù)是通過設(shè)置在電機(jī)上的溫度傳感器連續(xù)監(jiān)測(cè)電機(jī)溫度。斷帶保護(hù)通過斷帶保護(hù)傳感器監(jiān)測(cè)膠帶是否斷裂。

礦井提升系統(tǒng)的自動(dòng)化及其物聯(lián)網(wǎng)，可以通過建設(shè)一個(gè)調(diào)度指揮中心實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。結(jié)合煤礦提升機(jī)控制系統(tǒng)的具體情況，在提升機(jī)房增設(shè)主控器以及相應(yīng)傳感器，通過礦井工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。針對(duì)裝卸載系統(tǒng)，分別增設(shè)裝載站PLC系統(tǒng)和卸載站PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝卸載系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控?？傮w網(wǎng)絡(luò)在調(diào)度室監(jiān)測(cè)主、副井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在工作站上進(jìn)行工況的顯示

4 結(jié)語

如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化過程中人員安全環(huán)境的感知問題，解決礦山災(zāi)害狀況的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、減少或避免重大災(zāi)害事故的發(fā)生，解決安全生產(chǎn)的智能控制，煤炭工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展潮流以及產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，都是面向生產(chǎn)自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用需要解決的問題。本文介紹了自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)，指出了面向生產(chǎn)自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)過程中的需要注意的問題。針對(duì)我國(guó)煤礦生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀，提出了面向生產(chǎn)自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭生產(chǎn)和安全保障方面實(shí)現(xiàn)的基本方案，為建立煤礦安全監(jiān)控與自動(dòng)化生產(chǎn)新體系提出了新的思路和方法。

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