蘇健
冀中能源邢礦集團山西古縣老母坡煤業(yè)有限公司 河北邢臺 054000
近年來,以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的崛起以及自動化技術(shù)的不斷進步,有力地促進了采煤機信息化和全礦井綜采自動化的發(fā)展,隨著云計算技術(shù)的日益成熟,使得煤機裝備制造企業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能化采煤機云平臺具有了應(yīng)用基礎(chǔ)。
在井下工作面,采煤機生產(chǎn)過程中主控系統(tǒng)采集機身傳感監(jiān)測系統(tǒng)獲取的狀態(tài)數(shù)據(jù),在順槽集控中心需配置采煤機順槽通信服務(wù)器,采煤機經(jīng)過不同的通信線路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲擅簷C順槽服務(wù)器實現(xiàn)順槽監(jiān)控。由于井下工作面條件惡劣,空間狹窄,主電纜跟隨采煤機來回拖曳拉動時,綜采設(shè)備高壓、高頻信號將會受到干擾,導(dǎo)致采煤機工作面和順槽之間無法穩(wěn)定地通信。針對上述問題,本文對采煤機從工作面到順槽之間的通信方式進行了研究,在常規(guī)主電纜FSK載波通信的基礎(chǔ)上,進行了無線WiFi通信/寬帶載波/光纖通信方式的設(shè)計。
目前采煤機順槽到礦井地面通信采用的方式有光纖環(huán)網(wǎng)、專線通信等。國內(nèi)大部分礦井已安裝了光纖環(huán)網(wǎng)通信體系,比較容易實現(xiàn)的方式就是在采煤機順槽控制箱側(cè)引出一個數(shù)據(jù)接口接入礦井光纖環(huán)網(wǎng),并通過環(huán)網(wǎng)交換機傳輸?shù)降孛嬷鳈C。順槽一般設(shè)備可以接入的接口有RS485、CAN接口和TCP/IP、EIP等網(wǎng)絡(luò)接口,不同的礦井條件有差異,根據(jù)礦井順槽現(xiàn)場可以提供靈活的通信接入方式和選擇接入端。在數(shù)據(jù)上傳到地面站主機后,通過地面站主機可以提供采煤機數(shù)據(jù)中繼接口,進一步上傳數(shù)據(jù)。無線WiFi通信利用電磁波無線方式傳輸數(shù)據(jù),不依賴傳統(tǒng)的線纜,能夠適應(yīng)不同工作面復(fù)雜的工況條件,相對于有線通信技術(shù),具有抗干擾能力強、運行成本低、部署方便、便于維護等顯著優(yōu)勢[1]。
順槽控制箱使用網(wǎng)絡(luò)接口接入礦井光纖環(huán)網(wǎng)或?qū)S镁W(wǎng)絡(luò)通道,并與地面通信站進行通信,傳輸接收采煤機監(jiān)控數(shù)據(jù)。地面通信站通過4G高速互聯(lián)網(wǎng)或有線網(wǎng)絡(luò),將采煤機運行數(shù)據(jù)上傳到云平臺。本文通過本地互聯(lián)網(wǎng)+通信數(shù)據(jù)接口,建立了礦井采煤機地面通信站數(shù)據(jù)上傳到云數(shù)據(jù)庫的通信體系。4G/5G技術(shù)和遠(yuǎn)程協(xié)助、遠(yuǎn)程桌面等應(yīng)用方式,在當(dāng)前得到越來越廣泛的推廣和應(yīng)用,給互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)訪問帶來了便利。
云平臺的基本結(jié)構(gòu)由IaaS、PaaS、SaaS3個層次組成,其中底層IaaS主要提供虛擬計算、存儲、數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù),可以更好地為應(yīng)用系統(tǒng)的上線、部署和運維提供支撐,提升效率和資源利用率;中間層PaaS為用戶提供構(gòu)建應(yīng)用程序的環(huán)境,可以給客戶帶來更高性能、更個性化的服務(wù);頂層SaaS為用戶提供基于云的應(yīng)用,方便應(yīng)用系統(tǒng)上線使用,面向客戶端提供軟件服務(wù)。
對采煤機云數(shù)據(jù)庫進行調(diào)度和控制數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集任務(wù),對接收到的各地礦井采煤機數(shù)據(jù)進行監(jiān)控,可支持采煤機云端實時狀態(tài)顯示和智能故障診斷功能,并對用戶提供基于云平臺的遠(yuǎn)程實時技術(shù)支持;同時向授權(quán)用戶或會員用戶提供數(shù)據(jù)發(fā)布接口,共享數(shù)據(jù)。
云平臺權(quán)限設(shè)計如表1所示。
云服務(wù)器1的功用:①安裝MySQL數(shù)據(jù)庫,存儲基礎(chǔ)配置信息;②安裝IIS服務(wù)器,發(fā)布系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)站;③部署基礎(chǔ)信息WebService,向客戶端提供基礎(chǔ)信息服務(wù)。云服務(wù)器2的功用:①安裝MongoDB數(shù)據(jù)庫,存儲測點歷史監(jiān)測數(shù)據(jù);②部署實時監(jiān)測WebService,向客戶端提供實時數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù);③部署歷史監(jiān)測Web-Service,向客戶端提供歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。2層結(jié)構(gòu)體系滿足IaaS、PaaS、SaaS的體系架構(gòu),保證系統(tǒng)的高并發(fā)使用和性能的擴展性[2]。
基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫主要存儲設(shè)備、生產(chǎn)廠家、設(shè)備用戶、登錄用戶、權(quán)限等基礎(chǔ)配置信息,由于信息之間存在關(guān)聯(lián),符合結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)特點,且數(shù)據(jù)量有限,因此適合使用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來存儲。
MongoDB屬于NoSQL數(shù)據(jù)的一種,是一個開源的、模式自由的、面向文檔存儲的、分布式的數(shù)據(jù)庫,是一個介于關(guān)系數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的產(chǎn)品。文檔是MongoDB中數(shù)據(jù)的基本單位,類似于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的行(但是比行復(fù)雜);集合就是一組文檔,類似于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的表;多個集合組成數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)使用MongoDB存儲礦井各類測點的歷史監(jiān)測信息。用一個數(shù)據(jù)庫存儲所有礦井的數(shù)據(jù),集合對應(yīng)設(shè)備,文檔對應(yīng)測點。
基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的智能化采煤機云平臺,將煤礦井下采煤機生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)從工作面主機傳輸?shù)巾槻郏缓髲捻槻鄣降V井地面,并建立了從地面本地數(shù)據(jù)到云平臺數(shù)據(jù)存儲、監(jiān)控、智能診斷的整套網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控體系,通過高效全面的數(shù)據(jù)采集,為用戶提供采煤機云平臺在線監(jiān)測[3]、智能故障診斷與實時技術(shù)支持等服務(wù)。該云平臺可通過對采煤機在工作面運行狀態(tài)的實時連續(xù)采集、對設(shè)備的工作狀態(tài)進行監(jiān)控及評估、對出現(xiàn)的故障進行及時診斷預(yù)測和生成健康報告,并對用戶進行數(shù)據(jù)發(fā)布和共享,提高了采煤機智能化水平,為今后采煤機智能化設(shè)計提供了參考和借鑒。