基于大數(shù)據(jù)的礦山機電設備智能監(jiān)控系統(tǒng)

楊 毅

（河南牧業(yè)經(jīng)濟學院 信息工程學院，河南 鄭州 450018）

大數(shù)據(jù)是一種數(shù)據(jù)處理和分析技術，最初是為了解決分布式網(wǎng)絡中大量數(shù)據(jù)的儲存和處理問題，由于其具有高精準、高效率的數(shù)據(jù)分析優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應用到各個領域中[1]。將大數(shù)據(jù)技術與礦山機電設備智能監(jiān)控相結合，設計一個基于大數(shù)據(jù)的礦山機電設備智能監(jiān)控系統(tǒng)，為礦山機電設備提供良好的運行保障。

1 基于大數(shù)據(jù)的礦山機電設備智能監(jiān)控系統(tǒng)設計

（1）系統(tǒng)硬件設計?；诖髷?shù)據(jù)的礦山機電設備智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設備主要是由無線傳感器、中央處理器和巷道讀卡器組成。根據(jù)系統(tǒng)對中央處理器數(shù)據(jù)傳輸率高、數(shù)據(jù)處理效率快的設計需求，選用LY公司生產(chǎn)的Atmeler中央處理器，該處理器具有PIC的優(yōu)點，同時其外部接口具有良好的擴展性，在執(zhí)行系統(tǒng)指令時主要采用單周期，并且能提供多種電源接口和多個OI口，在對無線傳感器數(shù)據(jù)獲取時能與系統(tǒng)其它硬件設備的串行外圍接口進行配合，實現(xiàn)快速接收數(shù)據(jù)這一功能。

礦山機電設備智能監(jiān)測對讀卡器的設計要求是蓄電能力強，所以此次系統(tǒng)設計采用Neasd型號的讀卡器，該讀卡器內(nèi)置NY2012芯片，具有超常待機能力和數(shù)據(jù)讀取能力[2]。

礦山機電設備在作業(yè)過程中出現(xiàn)的故障大體分為電氣故障和機械故障兩大類，其中電氣故障：當?shù)V山供電電壓不穩(wěn)定和電機頻繁的啟動時，會導致主電機電纜接地事故；機電設備控制線插頭虛接會出現(xiàn)皮帶機卡頓故障；智能電話盤線設備的電線虛接會出現(xiàn)機電設備皮帶停止運行故障；變頻器通訊地址沖突會出現(xiàn)皮帶機變頻故障；油泵機電絕緣繞組損壞會出現(xiàn)油泵電機燒壞故障等。根據(jù)以上對礦山機電設備故障的分析，此次在對無線傳感器的設計上采取“一對一”的形式，在系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)，根據(jù)機電設備的運行特征布置不同的無線傳感，其中有溫度傳感器、速度傳感器、電流電壓傳感器、振動傳感器、檢測傳感器、壓力傳感器。下表為無線傳感器具體設計。

表1 無線傳感器監(jiān)測內(nèi)容

下表為系統(tǒng)無線傳感器具體布置設計。

表2 無線傳感器具體布置設計

（2）系統(tǒng)軟件設計。在完成了系統(tǒng)硬件設計的基礎上，對系統(tǒng)軟件進行設計。由于此次設計的系統(tǒng)在運行過程中需要對大量的礦山機電設備運行數(shù)據(jù)進行分析，以此才能實現(xiàn)系統(tǒng)智能監(jiān)控的功能，所以強大的數(shù)據(jù)分析能力是此次系統(tǒng)開發(fā)的關鍵。在礦山機電設備監(jiān)控中，基于大數(shù)據(jù)的云計算和信息融合技術是整個系統(tǒng)的關鍵之處。當中央處理器接收到無線傳感器和讀卡器傳輸過來的機電設備運行數(shù)據(jù)之后，首先通過信息融合技術對數(shù)據(jù)進行綜合分類處理，使所有的數(shù)據(jù)達成一致的、具有全面性和綜合性的解釋和描述，保證每個傳感器和讀卡器信息的可用性。云計算技術具體分析如下：

云計算通過因子分析算法對融合后的數(shù)據(jù)進行分析計算，該算法在實際應用中簡單有效，尤其是對于機電設備運行數(shù)據(jù)的計算分析，其計算公式為：

公式（1）中，R(G)為設備狀態(tài)，根據(jù)計算結果會出現(xiàn)正常、非正常兩種；Pe為設備出現(xiàn)故障的幾率；G為設備標準運行參數(shù)，e為設備實際運行參數(shù)，qR為設備未出現(xiàn)故障幾率。當R(G)≥0時，說明礦山機電設備處于正常運行狀態(tài)；當R(G)＜0時，說明礦山機電設備出現(xiàn)故障，具體出現(xiàn)故障的設備位置是由計算數(shù)據(jù)來源決定，以此實現(xiàn)了基于大數(shù)據(jù)的礦山機電設備智能監(jiān)控系統(tǒng)設計。

2 實驗

（1）實驗準備。此次實驗一共分為5組，對兩種系統(tǒng)采用相同的礦山機電設備，其中包括一臺礦井提升機、兩臺空壓機、兩個水泵、一臺通風機、一臺滾筒采礦機、兩個液壓支架、兩臺傳送機。每組實驗兩種系統(tǒng)對礦山機電設備智能監(jiān)控10min，以監(jiān)控結果的精準度作為實驗結果。

（2）結果分析。將傳統(tǒng)系統(tǒng)用系統(tǒng)1表示，將基于大數(shù)據(jù)的礦山機電設備智能監(jiān)控系統(tǒng)用系統(tǒng)2表示，下表為此次實驗兩種系統(tǒng)精準度對比。

表3 兩種系統(tǒng)監(jiān)控精準度

從上表可以看出，此次設計的系統(tǒng)精準度基本都在94%以上，相對來說第三組精準度略低，其他四組精準度都超過95%；而傳統(tǒng)系統(tǒng)五組精準度最高僅為84.65%，最低精準度達到79.54%，五次實驗結果精準度都未超過90%。實驗證明此次設計的系統(tǒng)具有較高的精準度。

3 結語

大數(shù)據(jù)技術在礦山機電設備智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應用，提高了系統(tǒng)的監(jiān)控效果，為礦山機電設備提供了良好的運行保障。由于研究時間和個人能力有限，對于基于大數(shù)據(jù)的礦山機電設備智能監(jiān)控系統(tǒng)尚處于研發(fā)階段，缺乏實際應用，所以還需要在實際應用中對系統(tǒng)存在的不足之處進行改善，以此提高系統(tǒng)對礦山機電設備監(jiān)控的應用價值。