煤礦機(jī)電設(shè)備無線檢測技術(shù)的應(yīng)用探究

郭 強(qiáng)

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西太原 030200）

0 前言

在經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展過程中，離不開煤炭資源的支持，而在煤炭資源開采過程中，借助于各種先進(jìn)的機(jī)電設(shè)備，能夠顯著降低作業(yè)人員工作強(qiáng)度，確保煤礦開采作業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化以及智能化的目標(biāo)，從而進(jìn)一步提升煤炭資源開采效率[1]。不過，在煤炭資源的開采過程中，由于所應(yīng)用到的機(jī)電設(shè)備數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備在實(shí)際維護(hù)以及檢修過程中不可避免存在管理不到位的問題，而且在煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，也不可避免會(huì)發(fā)生設(shè)備零件磨損以及失效問題，給煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)埋下隱患。通過不同的識(shí)別技術(shù)對煤礦機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)加以檢測以及對機(jī)電設(shè)備的故障進(jìn)行有效識(shí)別，是目前相對先進(jìn)的機(jī)電設(shè)備維護(hù)與檢測方式。針對一些檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，可對機(jī)電設(shè)備故障問題進(jìn)行提前預(yù)警，避免出現(xiàn)突發(fā)性的安全事故。而通過利用RFID射頻技術(shù)以及無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，能夠?qū)γ旱V機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)狀態(tài)加以記錄，同時(shí)還可以對機(jī)電設(shè)備的維護(hù)工作開展全面監(jiān)督，還能夠利用無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)的無線實(shí)時(shí)上傳，對機(jī)電設(shè)備維護(hù)任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的推送處理，從而更好地保障機(jī)電設(shè)備能夠安全、可靠運(yùn)行。

1 煤礦企業(yè)機(jī)電設(shè)備傳統(tǒng)檢測技術(shù)

現(xiàn)階段，在對煤礦井下機(jī)電設(shè)備進(jìn)行檢測過程中，所使用到的相關(guān)檢測技術(shù)和系統(tǒng)非常多。不過，大部分檢測技術(shù)實(shí)際檢測范圍相對不大，而且整個(gè)檢測系統(tǒng)相對而言不夠開放，不同檢測技術(shù)以及系統(tǒng)之間存在非常突出的異構(gòu)性特征，無法確保在實(shí)際檢測過程中可以達(dá)到信息實(shí)時(shí)共享的目標(biāo)，要想實(shí)現(xiàn)協(xié)同操作便更為困難。尤其是進(jìn)行信息的輸送過程中，由于煤礦井下所涉及的設(shè)備數(shù)量以及種類等均相對多，很多機(jī)電設(shè)備的檢測信息均是借助于模擬設(shè)備完成傳輸工作，此種方式下不僅或?qū)е戮卢F(xiàn)場布線工作變得非常困難，而且在實(shí)際運(yùn)行過程中，要求所投入的維護(hù)成本也相對高[2]。同時(shí)，借助于有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測信息輸送工作，因?yàn)闀?huì)受到井下作業(yè)環(huán)境影響，并且井下機(jī)電設(shè)備數(shù)量較多，作業(yè)人員較為復(fù)雜，導(dǎo)致了采用有線傳輸?shù)姆绞绞艿綐O大限制，其安全性也變得較差。另外，由于采用有線信息傳輸?shù)姆绞?，使得整個(gè)信息輸送過程較長，若一旦出現(xiàn)突發(fā)性機(jī)電設(shè)備事故，則極易延誤最佳搶救時(shí)機(jī)。

2 具體解決方案

在煤炭開采過程中，所應(yīng)用到的主要機(jī)電設(shè)備包含有運(yùn)輸設(shè)備、掘進(jìn)設(shè)備、提升設(shè)備以及通風(fēng)和排水設(shè)備等等。上述機(jī)電設(shè)備依照其運(yùn)行過程中自身位置是否發(fā)生改變，能夠進(jìn)一步劃分成靜止類設(shè)備以及運(yùn)動(dòng)類設(shè)備。之前在對煤礦設(shè)備檢測過程中，針對煤礦開采中移動(dòng)設(shè)備檢測工作往往做得不到位，但是對于煤礦開采過程中移動(dòng)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行檢測卻是現(xiàn)階段煤礦開采中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)工作[3]。現(xiàn)階段，借助于自動(dòng)化平臺(tái)可以把煤礦機(jī)電設(shè)備檢測相關(guān)數(shù)據(jù)信息均集中于特定的平臺(tái)上，能夠達(dá)到對機(jī)電設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控的目標(biāo)，卻未能實(shí)現(xiàn)不同機(jī)電設(shè)備檢測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。而借助于無線檢測技術(shù)，能夠進(jìn)一步提升信息集成度，可以更好地滿足煤炭動(dòng)態(tài)開采過程相關(guān)要求，有效地對煤礦機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)加以檢測與監(jiān)督，為機(jī)電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提供保障。

3 煤礦機(jī)電設(shè)備無線檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 無線檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依照物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自身所擁有的3層結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合煤礦機(jī)電設(shè)備自身所擁有的特征，在此對物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加以優(yōu)化，制定基于無線檢測技術(shù)的煤礦機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)的4層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其示意圖如圖1所示。

圖1 基于無線檢測技術(shù)的煤礦機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 感知層結(jié)構(gòu)

此層結(jié)構(gòu)屬于最底層的結(jié)構(gòu)，其中包含有WIFI智能終端設(shè)備、RFID射頻設(shè)備、各種傳感裝置以及相應(yīng)的移動(dòng)通訊裝置等。為了能夠更好地對井下各個(gè)機(jī)電設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測，要求此層結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)設(shè)備應(yīng)當(dāng)達(dá)到一定的智能化要求。在所構(gòu)建的無線檢測系統(tǒng)中，實(shí)際組網(wǎng)的過程利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)設(shè)置無線傳輸功能模塊之后，即能夠有效提升各個(gè)節(jié)點(diǎn)位置的靈活性[4]。針對井下機(jī)電設(shè)備，借助于WIFI智能終端設(shè)備以及RFID射頻設(shè)備等確保能夠?qū)崟r(shí)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測。

3.3 網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)

在所構(gòu)建的無線檢測系統(tǒng)中，該層結(jié)構(gòu)除了包含所有設(shè)置的無線網(wǎng)絡(luò)之外，同時(shí)也包含有互聯(lián)網(wǎng)以及局域網(wǎng)。由于井下作業(yè)環(huán)境相對較為復(fù)雜，同時(shí)涉及的機(jī)電設(shè)備數(shù)量也相對多，存在相對較大干擾性。所以，在井下信息的通信過程中，對于網(wǎng)絡(luò)要求相對高?？梢砸勒詹煌瑱C(jī)電設(shè)備位置將其劃分成為兩種不同類型，即靜止類型(已知節(jié)點(diǎn))以及運(yùn)動(dòng)類型(未知節(jié)點(diǎn))。唯有確保能夠把對靜止類機(jī)電設(shè)備以及運(yùn)動(dòng)類機(jī)電設(shè)備檢測工作更好融合，使之形成完整的檢測網(wǎng)絡(luò)，確保檢測信息能夠更加及時(shí)、高速地傳輸，才能夠確保對井下機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全面檢測以及感知。

因?yàn)镽FID射頻技術(shù)僅僅可以針對一些距離相對較短的信號進(jìn)行輸送以及接收工作，同時(shí)其信息輸送的速率相對較低，在該系統(tǒng)中主要將其應(yīng)用在一些固定機(jī)電設(shè)備和一些近距離通信過程中。相對而言WIFI智能終端設(shè)備其所擁有的信息輸送能力性對強(qiáng)，同時(shí)也能夠應(yīng)用到長度相對較大的巷道通訊中，尤其是針對井下移動(dòng)設(shè)備以及一些遠(yuǎn)距離設(shè)備而言，WIFI智能終端設(shè)備在進(jìn)行狀態(tài)檢測過程中更為適宜。在所建立的無線檢測系統(tǒng)中，根據(jù)不同設(shè)備的分類情況，將兩者均應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測過程中，確保井下無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全方位覆蓋[5]。

3.4 業(yè)務(wù)邏輯層結(jié)構(gòu)

在該層結(jié)構(gòu)之中，主要是相應(yīng)感知層所收集到的各種機(jī)電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)以及信息，并且對感知層所發(fā)出的各種命令請求，從相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中調(diào)取數(shù)據(jù)信息開展處理工作，同時(shí)將所收集信息進(jìn)行分析。在設(shè)計(jì)的無線檢測系統(tǒng)中，目前主要是針對井下各種機(jī)電設(shè)備進(jìn)行管理，在今后的應(yīng)用過程中，還可以進(jìn)一步拓展，將井下人員軌跡、井下車輛信息以及井下溫度顯示等等各種信息管理功能均融合進(jìn)來，確保能夠?qū)崿F(xiàn)井下無線檢測的集成化與系統(tǒng)化[6]。

3.5 數(shù)據(jù)庫層結(jié)構(gòu)

在該層結(jié)構(gòu)中，涉及有各個(gè)種類的數(shù)據(jù)信息庫，同時(shí)也是無線檢測系統(tǒng)中輸出與顯示數(shù)據(jù)的來源。通過此層所包含的各個(gè)數(shù)據(jù)庫，能夠確保所收集到的各種設(shè)備檢測信息可以更好實(shí)現(xiàn)共享目標(biāo)，同時(shí)也可以進(jìn)一步針對不同數(shù)據(jù)加以比對，對機(jī)電設(shè)備未來的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步的準(zhǔn)確預(yù)測。

4 井下機(jī)電設(shè)備無線檢測中無線覆蓋方案

4.1 硬件設(shè)備

（1）設(shè)置有服務(wù)器設(shè)備，該設(shè)備主要的功能是針對無線檢測系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)以及部署，同時(shí)也承擔(dān)無線檢測系統(tǒng)的管理工作。

（2）設(shè)置有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器設(shè)備，該設(shè)備主要功能是針對所檢測到的各種機(jī)電設(shè)備信息加以儲(chǔ)存，確保對信息的實(shí)時(shí)查詢擁有可靠的且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)源。

（3）設(shè)置RFID以及WIFI定位服務(wù)器設(shè)備，其是對各個(gè)機(jī)電設(shè)備中無線終端所檢測到的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行收集，同時(shí)也完成信息的傳輸工作。

（4）設(shè)置UPS電源，并且要求所配置電源應(yīng)當(dāng)擁有特定的后備時(shí)間，避免突然斷電時(shí)無線檢測系統(tǒng)無法運(yùn)行以及數(shù)據(jù)丟失的問題發(fā)生[7]。

（5）設(shè)置地面工作站，主要是針對井下無線檢測系統(tǒng)所檢測到的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)一步分析與監(jiān)控，確保井下機(jī)電設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

4.2 無線覆蓋方案

在煤礦的井下作業(yè)面以及巷道之中設(shè)置有WIFI基站，同時(shí)還設(shè)置有RFID基站，所設(shè)置的WIFI基站能夠支持WIFI終端設(shè)備，不僅可以全面對安裝有WIFI終端設(shè)備的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行檢測，同時(shí)也能夠確保井下作業(yè)人員以及管理人員的手持WIFI終端設(shè)備能夠接入至網(wǎng)絡(luò)中。RFID基站其所擁有的功能是針對巷道中一些位置相對固定的機(jī)電設(shè)備和距離相對較近的機(jī)電設(shè)備加以檢測，兩者之間相互配合，從而形成對井下各個(gè)作業(yè)面全面覆蓋的無線檢測網(wǎng)絡(luò)，然后將所有檢測到的機(jī)電設(shè)備信息均匯總于無線根基站，再利用有線資源將信息輸送至地面工作站中。這樣便能夠確保井下機(jī)電設(shè)備檢測不再受到有線網(wǎng)絡(luò)輸送線路的制約，有效彌補(bǔ)煤礦井下網(wǎng)絡(luò)布線所存在的不足[8]。例如，在對主副井提升機(jī)電設(shè)備進(jìn)行無線檢測過程中，在其上設(shè)置特定標(biāo)簽，并且安裝上無線傳感裝置，借助于對標(biāo)簽信息的接收，依照系統(tǒng)所設(shè)定的算法，可以對提升機(jī)電設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行情況加以檢測，例如檢測提升設(shè)備運(yùn)行速率以及鋼絲繩的損耗情況等，具體狀態(tài)檢測流程圖如圖2所示。

圖2 提升機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測流程圖

5 結(jié)語

煤礦機(jī)電設(shè)備無線檢測技術(shù)的應(yīng)用，能夠確保在煤礦生產(chǎn)過程中對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)、全方位的檢測，使得機(jī)電設(shè)備管理工作能夠得以強(qiáng)化，而且可以針對井下作業(yè)人員的操作情況加以有效監(jiān)督。對井下機(jī)電設(shè)備所出現(xiàn)的故障問題能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的反饋，確保管理人員可以及時(shí)地制定決策，從而使得機(jī)電設(shè)備的維護(hù)以及安全事故處理工作能夠爭取到更多的寶貴時(shí)間。