煤礦自動化與物聯(lián)網(wǎng)技術探討

【摘要】第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮中物聯(lián)網(wǎng)在其中站著主導的地位，物聯(lián)網(wǎng)不僅僅是網(wǎng)絡，應該說更是業(yè)務和應用，所以說物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心是應用創(chuàng)新。將物聯(lián)網(wǎng)運用到煤礦上，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等一些措施，為解決在煤礦自動化中存在的不重視標準建設、多角度的感知手段缺乏、忽視軟件集成，重視硬件集成、缺乏各種科學角度的結(jié)合、缺乏應用層面的信息融合、沒有泛在的感知網(wǎng)絡等缺陷，要解決這些缺陷必須要在煤礦自動化中建設煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)，為了提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)效率，須實現(xiàn)災害感知、設備感知、人員感知，從而實現(xiàn)主動式安全保障，預知設備維修，確保減災安全的建設目標。

【關鍵詞】感知物聯(lián)網(wǎng)；煤礦綜合自動化；信息集成

引言

物聯(lián)網(wǎng)概念是由互聯(lián)網(wǎng)為中心，將任何物品的用戶端延伸擴展到物品上，從而使人與人，人與物，物與物之間產(chǎn)生內(nèi)在的聯(lián)系，達成一個進行信息交換、通信控制和管理決策的一種概念，本文將闡述煤礦自動化與感知物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系和結(jié)合，從而實現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)，提高礦山的生產(chǎn)能力，以實現(xiàn)煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)。

一、目前煤礦自動化生產(chǎn)中所存在的問題

通過大量資料可以得知在我國煤礦企業(yè)中應用的自動化多數(shù)采用的是三層架構(gòu)及兩大基礎平臺。傳統(tǒng)的井下監(jiān)控系統(tǒng)和工作面生產(chǎn)相互獨立的狀態(tài)通過煤礦自動化模型而改變，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡集成比，從而也很大的提高了生產(chǎn)及管理效率。但通過多年煤礦自動化的應用中存在著一些問題，最主要的就是在風險預警和生產(chǎn)監(jiān)控中所出現(xiàn)的問題。

（一）缺乏標準的建設

在自動化建設初期，沒有很好的利用由平臺軟件服務商所提供的上層控制中心的平臺建設，相反平臺建設和施工緩解都是由自動化網(wǎng)絡集成商參與完成的， 這恰恰是煤礦綜合自動化沒有被合理應用的一個重要原因。同時這也導致了一個多科學研究服務的開放性系統(tǒng)不能在礦山綜合自動化方面實現(xiàn)。

（二）多角度的感知手段的缺乏

現(xiàn)在的子系統(tǒng)中包含著煤礦綜合自動化感知系統(tǒng)，即子系統(tǒng)是由執(zhí)行器和傳感器沒能構(gòu)成一個靈活實用的邏輯系統(tǒng)而被約束在子系統(tǒng)中，分布式傳感和微機電化集中傳感器沒能總夠的利用，再加上信息不能太好的融合，傳感手段老舊，缺乏多角度感知性。

（三）忽視軟件集成、重視硬件集成

現(xiàn)在煤礦自動化的三層構(gòu)架和兩大基礎平臺的理論模型在煤礦自動化網(wǎng)絡建設中已被完全貫徹，如果軟件和硬件有機結(jié)合，系統(tǒng)完全開放，從分發(fā)揮自動化系統(tǒng)最大的能力，就不會出現(xiàn)實際情況中重視硬件網(wǎng)絡傳輸平臺的搭建，更不會出現(xiàn)忽視軟件平臺的搭建?，F(xiàn)在的自動化系統(tǒng)只是順從單一的網(wǎng)絡傳輸，造成了實現(xiàn)信息透明的錯誤結(jié)果，其中各個生產(chǎn)系統(tǒng)接收到底層的原封不動的數(shù)據(jù)，是因為上層控制中心沒有一個合理的數(shù)據(jù)平臺支持，沒能將數(shù)據(jù)合理的綜合利用起來。

（四）缺乏各種科學角度的結(jié)合

任何一門技術都不是獨立存在的，都需要各種科學角度的結(jié)合。所以只有結(jié)合計算機、監(jiān)控檢測、采礦、地質(zhì)、安全、測量、管理、通信、智能信息處理等多學科才能實現(xiàn)煤礦的信息化。如果沒有一個統(tǒng)一的軟件平臺那么這些學科就不能在統(tǒng)一的平臺上進行研究，即使有其他學科的研究成果及相關知識也不能 統(tǒng)一的開展。因此只有彌補了礦山綜合自動化系統(tǒng)存在的缺陷，才能實現(xiàn)這種平臺的搭建。

（五）缺乏應用層面的信息融合

因為沒有來自系統(tǒng)的智能決策所以只是將各個工作面的傳感器系統(tǒng)匯總到井下子系統(tǒng)中。 然而子系統(tǒng)的聯(lián)動性和融合性卻由于缺乏上層控制中心的數(shù)據(jù)管理平臺的和煤礦企業(yè)忽視軟件集成、重視硬件集成等原因大大降低。所以，事實上子系統(tǒng)只是負責了簡單的網(wǎng)絡融合。

（六）沒有泛在的感知網(wǎng)絡

由于井下工作面較大，從而造成無線覆蓋盲區(qū)很大。現(xiàn)在能做的是集中式的監(jiān)測，即通過電纜直接到工作面?zhèn)鞲衅鞯姆绞?，達不到分布式控制和監(jiān)測。因為單一的傳感器和執(zhí)行器不能完全有效的覆蓋和感知這一礦區(qū)，并當井下的工作流動性很大時，導致許多工作面的流動規(guī)則、危險源都不能得到有效的確認。

綜合上面提出的六種因素，礦山綜合自動化系統(tǒng)無法完全用信息覆蓋整個礦區(qū)，沒有信息、物、人之間的交流平臺，缺乏多種角度的結(jié)合服務，無法感知礦山的物理世界，因此要想實現(xiàn)煤礦的精確管理，資源共享以及對生產(chǎn)實時的監(jiān)控，就需要將感知物聯(lián)網(wǎng)運用到煤礦上完成對綜合自動化系統(tǒng)的補充。

二、關于煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)

（一）煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)的基礎網(wǎng)絡構(gòu)架

該網(wǎng)絡由應用層、傳輸層和感知層這三層結(jié)構(gòu)組成，是為了開發(fā)數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)對整個礦山的控制管理并且監(jiān)測整個礦山的生產(chǎn)，從而把整個礦山綜合起來形成一個有機體。該物聯(lián)網(wǎng)通過將井下的自動化子系統(tǒng)以及各個工作面的監(jiān)控系統(tǒng)集成到該網(wǎng)絡體系中架設成一個統(tǒng)一的控制平臺來實現(xiàn)。

（二）煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)的四類模塊

煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)由四大模塊構(gòu)成：

1.硬件平臺，該平臺具有開放性包括千兆骨干網(wǎng)絡和感知網(wǎng)絡；

2.M2M應用平臺，并且有關礦山管理和生產(chǎn)的所有軟件都集成在該應用平臺上；

3.煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)有三大核心內(nèi)容，災害感知、設備感知和人員感知；

4.各種應用系統(tǒng)。

（三）功能模塊

1.應用系統(tǒng)。

辦公自動化、煤礦供應鏈管理、煤礦災害預警與防治、煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理、煤礦安全隱患排查和應急預案管理等都屬于應用系統(tǒng)。

2.應用平臺。

應用平臺包括GIS礦山定位系統(tǒng)和3DVR軟件，該平臺是一個不僅融合了用戶權限、用戶管理還將礦山的井下的實時監(jiān)控、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、事故數(shù)據(jù)的查看記錄和分析、報警數(shù)據(jù)、礦山地質(zhì)運動的歷史記錄等都融合在一起的應用平臺。

3.骨干網(wǎng)絡。

煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡即專供高速傳輸使用的，在調(diào)度中心配備相應的軟硬件，架設多臺集群服務器的工業(yè)以太網(wǎng)設備。該設備包含兩個工業(yè)以太網(wǎng)：一個是連接礦井上、下的告訴千兆工業(yè)以太網(wǎng)；另一個是井上調(diào)度指揮中心的工業(yè)以太網(wǎng)。

4.感知網(wǎng)。

感知網(wǎng)是通過無線傳感器實現(xiàn)整個礦區(qū)的無縫覆蓋，它首先在礦區(qū)的各個工作面上安裝上無線傳感器，然后將各個工作面上的無線傳感器連接到千兆工業(yè)以太網(wǎng)上。

5.設備感知。

設備感知的功能是對礦井上、下的輔助運輸系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，這樣就可以隨時感知各個設備的工作狀況且大大減少了井下的看設備人員的數(shù)量。該功能是通過設備傳感器來輔助完成，由設備傳感器隨時將各個設備的工作狀態(tài)發(fā)送到控制中心，從而及時發(fā)現(xiàn)設備故障。

6.人員感知。

人員感知是為了使井上的控制指揮中心能隨時監(jiān)控下井人員的情況，包括人員數(shù)量、操作是否違規(guī)等。該功能通過把下井人員的定位系統(tǒng)以及安全監(jiān)測集成到信息終端來實現(xiàn)。

7.災難感知。

災難感知是進行預兆信息的感知，提前預報災難，使相關工作人員有時間做好防御措施。（礦井上常發(fā)生的災難有井下地震、透水、煤和瓦斯突出、煤塵瓦斯爆炸、井下電氣火災等）

三、結(jié)論

綜上所述，煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)能夠有效的解決以上總結(jié)的目前煤礦自動化生產(chǎn)中所存在的六大問題，有效地彌補了煤礦綜合自動化中存在的不足。因此，要在煤礦自動化的基礎上建設煤礦感知物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)災害感知、設備感知、人員感知，從而實現(xiàn)主動式安全保障。

參考文獻

[1]衛(wèi)何.基于無線物聯(lián)網(wǎng)的基站運維管理系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[J].煤炭技術，2011，12.

[2]張登宏.煤礦安全檢測系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術研究[J].煤炭技術，2011，12.

作者簡介：王棟平（1981—），男，江蘇常州人，工程師，天地（常州）自動化股份有限公司監(jiān)控分院工程中心主任助理，主要從事礦山數(shù)字化建設和工程管理工作。