物聯網技術在智能采礦中的應用現狀和發展前景

物聯網技術在智能采礦中的

應用現狀和發展前景

徐月

（中國礦業大學信息與控製工程學院，江蘇 徐州 221116）

摘要：我國的煤礦資源十分豐富,巨大的煤礦資源給我國經濟發展提供了足夠的能源, 反過來也推動了煤炭產業的迅猛發展。煤礦產業為工業生產和居民生活提供了巨大能源, 據統計數據表明, 我國煤礦資源的生產和消費基本持平, 逐年穩步增長, 對我國的經濟發展起著舉足輕重的作用。但是我國的煤礦產業存在著結構簡單、信息化程度低、安全02manbetx.com 頻發等問題, 極大的限製和製約了煤礦的開采效率、運輸效率, 同時不能實現集中化、安全化管理。而物聯網技術的出現, 對煤礦產業的發展會起到積極的推動作用。

關鍵字：物聯網;煤礦產業;智能采礦;發展現狀

Application status and development prospect of Internet of things technology in Intelligent Mining

XU Yue

(Department of Information and Control Engineering, China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China )

Abstract:China's coal resources are very rich. The huge coal resources provide enough energy for China's economic development, which in turn promotes the rapid development of the coal industry. Coal industry provides huge energy for industrial production and people's life. According to the statistical data, the production and consumption of coal resources in China are basically the same, growing steadily year by year, which plays an important role in China's economic development. However, there are some problems in the coal industry of our country, such as simple structure, low information level, frequent safety accidents, etc., which greatly restrict and restrict the mining efficiency and transportation efficiency of coal mines, and at the same time, it can not achieve centralized and safe management. The emergence of Internet of things technology will play a positive role in promoting the development of coal industry.

Key words: Internet, Coal industry, Intelligent mining, Development status

物聯網從功能上03manbetx 具有四個特征:感知能力、數據信息的可靠性傳遞、智能處理和進行單獨的業務應用。它在信息安全機製的保障下,提供實時的監測、定位等功能。作為一種複雜的信息係統,它由三個層麵組成,分別是感知層、網絡層、應用層。感知層主要是通過二維碼、RFID、傳感器實現對設備的信息采集、捕獲和識別。網絡層是以網絡為基礎在感知層和應用層之間,及時、安全地進行數據傳輸。應用層是為各類業務提供信息資源,它可以更好的應用係統資源。

1係統總體功能

物聯網背景下煤礦設備動態管理係統是在原有台賬式管理的基礎上, 增加設備的故障診斷及健康狀態監測功能。煤礦設備動態管理係統主要功能模塊如圖所示。

基礎管理模塊主要實現基本信息維護、標準製定與係統整體測試規範的製定。設備狀態監測模塊主要通過集成在係統中的傳感器自動采集設備信息, 采集係統運行數據。設備運行趨勢曲線主要用來對監測到的設備運行數據進行保存、歸檔、整理。設備健康狀態預測根據設備當前的狀態和元器件的使用情況以及備件的狀態, 判斷出設備將來可能出現的問題, 為設備提供預防性維修方案。設備備件管理主要建立備件庫存係統, 通過安裝在備件上的RFID芯片或條形碼對現場備件、維修中心備件的使用和庫存情況進行統一管理、協同調度, 以便輔助製定備件生產與采購計劃。設備台賬管理模塊主要實現原有台賬式靜態管理係統功能。第三方服務管理模塊主要是通過對設備運行情況進行整合, 為第三方提供基於雲計算和大數據服務提供保障, 通信接口模塊主要實現係統與其他係統之間信息交換的接口規範及協議。供應鏈集成管理模塊主要利用ERP係統, 對煤礦設備元器件供應商、服務商進行管理, 以保證礦井能夠安全可靠運轉。

2 係統狀態感知層

設備狀態監測及感知的目的是為了通過采集、存儲、整理與03manbetx 設備的運行數據, 實現對設備健康狀態的預測, 為提供大型機電設備的維修方案奠定基礎。

係統主要針對設備的溫度、振動、壓力等數據進行采集, 通過圖2所示的網絡化傳感器來實現。該傳感器采用以太網接口作為礦山物聯網係統開放式架構中的感知層監測設備, 通過礦山物聯網平台將數據傳輸到互聯網為設備製造商或第三方提供設備狀態信息。

3 係統應用層

3.1 應用層軟件組成及功能

在物聯網背景下, 應用層在數據處理過程中, 設備運行信息既能在本地工作站上動態顯示, 也可以通過工業以太網采用網頁發布的方式在相關科室、礦務局、設備生產廠家等地動態顯示。服務器直接連接在交換機上, 通過交換機獲得全礦井設備的運行信息。應用軟件包括數據采集集成層、數據接口層以及數據應用交互層。

數據采集集成層主要通過ERP係統實現設備台賬式信息的集成, 采用Access數據庫讀取設備動態運行信息, 完成設備健康狀態數據的采集。

數據接口層采用OPC技術實現數據的采集, 通過通信接口從數據采集集成層獲取需要的相關數據, 由礦山物聯網開放式架構中的應用層完成, 主要內容包括通信接口的設置、通信協議的製定、數據的交換等內容。

數據應用交互層主要將通過數據接口層獲取設備動態信息, 通過組態軟件在應用層平台上動態顯示, 以達到信息交互的目的。

3.2 設備健康狀況預測

設備狀態預測主要通過網絡化傳感器獲得設備的運行信息、曆史信息以及同類設備的信息, 利用評估算法對礦井設備健康狀況進行評估, 對於不合格設備給出潛在故障風險及維修建議。

該功能主要包括:根據設備當前的狀態和元器件的使用情況以及備件的狀態, 判斷出設備將來可能出現的問題, 為設備提供預防性維修方案;也可以利用在係統維護中心的設備、人員等對礦井設備出現的故障進行03manbetx , 得出故障可能出現的位置與區域, 為用戶提供可靠的故障診斷策略;根據設備當前的狀態與診斷結果, 確定最優測試診斷策略, 提高係統的維修與測試效率;根據診斷中心及各個區域服務中心的備件、人員以及用戶維修服務的請求, 對診斷過程進行管理與調度, 以保證所有診斷請求均能夠及時解決。通過以上步驟, 基本上可以實現對設備狀態的預測及給出合理的維修建議, 避免礦山設備出現欠維修和過度維修的問題。

3.3 應用數據的處理及信息發布

礦山設備運行信息及實時監測功能采用組態軟件In Touch來實現。它通過OPC Server可以直接訪問礦山物聯網係統中的各個控製PLC,兩者之間可以實現雙向通信。為了將不同操作係統、不同硬件的係統接入互連網，常采用支持TCP/IP協議的通信方式。下位機與服務器之間可以采用RS485、PROFIBUS、工業以太網等方式實現數據交換,上位機將得到的設備狀態信息通過協議保存在Access數據庫中，客戶機通過TCP/IP協議即可得到礦山設備的狀態信息。這些信息可以通過定義用戶名和密碼等權限來控製訪問。通過設置不同的查詢條件訪問數據庫,進行數據查詢,還可將查詢結果按照表格的方式打印出來。

進行設備信息發布的目的是為了讓各個相關科室、礦務局、設備生產廠家、第三方服務提供方得到礦山設備的動態信息，目的是為了使礦山設備狀態信息獲得大範圍的應用。動態網頁的設計過程是在Front Page環境下完成的,在網頁內插入VBScript腳本代碼,保存ASP文件。再通過設置“Web站點”的“IP地址”,就可以在客戶機IE地址欄直接輸入Web服務器計算機的IP地址,瀏覽所創建的主頁。數據使用者按照預先設定各字段的涵義將得到的數據加以整理，最後用它們去控製下載的主控件相應的屬性、方法和事件,或者去除一些文字的顯示,礦山設備的運行參數便實時動態的呈現在網頁上。

4 監控技術發展方向

針對煤礦井下的複雜、惡劣環境條件, 並結合煤礦井下的特殊性要求和安全生產要求, 煤礦物聯網要與之相匹配、相適應。具體來講, 煤礦物聯網的關鍵技術主要包括以下幾個方麵:

(1)由於煤礦井下作業設備多, 因而信息的處理、傳輸複雜, 需要有標準的指導。在煤礦的開采、生產過程中, 采煤設備、電氣設備、傳輸設備、安全監測設備、信息管理設備等需要建立和采用相同的信息處理、傳輸係統。

(2)在煤礦的開采、生產過程中, 保證各種作業設備的正常運行是煤礦生產的基礎。需要對整個煤礦物聯網係統進行實時的監控, 以保證各種作業設備的正常運轉。並且要根據作業設備的運行狀況, 及時對作業設備進行檢修和維護。

(3)由於煤礦開采、生產作業的特殊性, 使得煤礦安全02manbetx.com 頻發。而采用物聯網技術對井下作業人員進行實時的定位, 可以實現對生產作業的有效管理, 同時在發生安全02manbetx.com 情況下, 也可以實現對被困人員的定位, 方便救援工作。

4.1.井下員工精確定位技術

井下定位係統的無線技術是由短距離、低傳速向遠距離、高傳速發展。定位係統采用藍牙、RFID技術, 井下無線節點向礦工攜帶的智能終端發送RSSI值, RSSI值最終會傳送到井上控製中心, 可以根據相應的算法確定人員位置。未來的井下定位係統具有高魯棒性與較好的自組網能力。

4.2.構建三維可視化礦井模型

通過3D GIS把煤礦大量的空間參數和與之對應的屬性參數結合起來, 進行礦井三維建模和三維可視化表達。該模型中含有煤層賦存、頂底板岩性、皮帶運輸、監測監控、采掘進尺、水泵排水、通風機運行情況、供電線路敷設等現場信息。

4.3.有效挖掘監測數據

井下分站與地麵中心站之間傳輸的信息改為提前壓縮好的數據, 以達到提高傳輸速率的目的。監控係統要重視采集數據變化量的比對工作, 這樣可以預防瓦斯、火災等礦山災害。未來的煤礦安全監測監控係統不再由某一個公司構建, 而是由相互獨立的多個公司兼容式開發。雲計算將會成為未來數據存儲架構的主流模式, 為綜合03manbetx 地質參數提供基礎。

由於傳統煤礦井下設備管理方式、手段不能滿足大規模煤炭生產對設備安全的要求,所以應該合理利用煤礦係統裏現有網絡資源,通過物聯網技術在煤礦井下設備管理係統中的應用,可以及時地獲取設備的關鍵信息,實時掌握井下設備的運行情況,及時對設備進行檢修維護,降低設備出現故障的概率,為礦井的安全提供了保障。今後, 隨著物聯網技術的持續更新, 煤礦物聯網技術將會得到更為廣泛的推廣和應用。

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