基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山智能化管理系統(tǒng)

王 珺，王 海

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

1 智能化管理系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

以靜態(tài)管理方式為基礎(chǔ)，增加多種動態(tài)管理因素，完成智能化管理系統(tǒng)中功能模塊的設(shè)計。在礦山設(shè)備中引入運行狀態(tài)監(jiān)測功能，根據(jù)運行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，并對設(shè)備的當(dāng)前運行可靠性進(jìn)行評估，對故障發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)報，同時提供維修措施和意見[1]。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)礦山智能管理系統(tǒng)功能模塊示意圖

基礎(chǔ)管理模塊可以制定運行標(biāo)準(zhǔn)，同時可以實現(xiàn)設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)的測試與維護功能。設(shè)備狀態(tài)分析模塊用于提供維修措施和意見，利用采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，從而得出設(shè)備的運行狀態(tài)。通信接口模塊用于連接其他系統(tǒng)，制定管理系統(tǒng)的通信協(xié)議。設(shè)備臺悵管理模塊用于記錄設(shè)備的型號、折舊情況、維修維護記錄、以及價值等多項內(nèi)容，從而實現(xiàn)靜態(tài)設(shè)備管理。系統(tǒng)維護模塊用于修改、增加、刪除各個模塊以及相應(yīng)的功能，并且對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份。

1.2 系統(tǒng)狀態(tài)感知模塊設(shè)計

系統(tǒng)狀態(tài)感知模塊是通過相關(guān)外部設(shè)備，進(jìn)行礦山的溫度采集、振動數(shù)據(jù)采集、以及相關(guān)聲學(xué)狀態(tài)采集。并通過相關(guān)數(shù)據(jù)整理分析。由網(wǎng)絡(luò)化傳感器實現(xiàn)對設(shè)備溫度監(jiān)測、振動監(jiān)測、聲學(xué)監(jiān)測。網(wǎng)絡(luò)化傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)化傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖

該網(wǎng)絡(luò)化傳感器通過礦山物聯(lián)網(wǎng)將設(shè)備運行數(shù)據(jù)上傳至礦山管理平臺，從而實現(xiàn)對礦山的智能化管理。

2 物聯(lián)網(wǎng)礦山智能化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

基于系統(tǒng)功能模塊設(shè)計，依托系統(tǒng)狀態(tài)感知模塊設(shè)計，完成了智能化管理系統(tǒng)設(shè)計。針對礦山管理的實際情況，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對礦山的智能化管理。

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建系統(tǒng)應(yīng)用層

在礦山智能化管理系統(tǒng)中，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可以在設(shè)備的工作平臺上顯示，還可以通過應(yīng)用層服務(wù)器將數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)送到相關(guān)管理平臺。

應(yīng)用層連接服務(wù)器通過交換機進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，讀取設(shè)備運行數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中數(shù)據(jù)集成層是依托礦山管理對象訪問協(xié)議(Mine management object access protocol，MOAP)實現(xiàn)對各個設(shè)備的型號、折舊情況、維修維護記錄。數(shù)據(jù)接口層是將數(shù)據(jù)集成層中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。數(shù)據(jù)表現(xiàn)層通過將數(shù)據(jù)接口層獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流通，從而使得管理人員知悉管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息。

2.2 管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)顯示的實現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對軟件應(yīng)用層進(jìn)行搭建，還要應(yīng)用算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其在基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山智能化管理系統(tǒng)中得以顯現(xiàn)。

虛擬儀器是各個設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的最佳選擇。利用圖形化編程軟件結(jié)合模塊化、開放的硬件以及虛擬儀器（LabVIEW），對設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)智能礦山管理系統(tǒng)中，所獲得的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、聲學(xué)監(jiān)測數(shù)據(jù)、振動監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編輯，大大減少了智能化管理系統(tǒng)的運行時間。應(yīng)用虛擬儀器還可以提供各個設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控（MCM）信息，包括監(jiān)測到的設(shè)備應(yīng)用演示、工作Demo程序等。因此，利用LabVIEW軟件作為實現(xiàn)管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)顯示的上位開發(fā)軟件，結(jié)合各個設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控信息，利用上位程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行清理、處理，將數(shù)據(jù)以圖片、動畫、表格文字等方式顯示出來。最終完成基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計。

3 仿真試驗

為了保證本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山智能化管理系統(tǒng)的有效性，進(jìn)行仿真試驗分析。利用不同的礦山作為試驗對象，進(jìn)行管理效率仿真試驗。對礦山的環(huán)境、狀態(tài)、大小進(jìn)行模擬。利用常規(guī)礦山智能化管理系統(tǒng)作為試驗對比對象，進(jìn)行仿真試驗。

為保證試驗的準(zhǔn)確性，將兩種礦山管理系統(tǒng)置于相同的試驗參數(shù)中，進(jìn)行管理效率仿真試驗，分析其管理效率的變化。得出管理效率仿真結(jié)果如表1所示。

表1 管理效率仿真試驗結(jié)果

依據(jù)管理效率仿真試驗結(jié)果，對提出的礦山管理系統(tǒng)，與常規(guī)礦山管理系統(tǒng)的管理效率進(jìn)行算術(shù)加權(quán)處理，得出提出的礦山管理系統(tǒng)較常規(guī)礦山管理系統(tǒng)，管理效率提高13.44%，適用于礦山管理。

4 結(jié)語

礦山的管理情況直接影響礦山的生產(chǎn)效率、礦山的經(jīng)濟效益。本文通過智能化管理系統(tǒng)設(shè)計、物聯(lián)網(wǎng)礦山智能化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，完成了基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計。基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山智能化管理系統(tǒng)大大提高了礦山設(shè)備的工作效率，降低了安全事故的發(fā)生幾率，全面提高了礦山的經(jīng)濟效益。