物聯(lián)網(wǎng)在煤礦業(yè)的作用

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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦企業(yè)的應用建設主要表現(xiàn)在3個方面：（1）對實時信息的采集技術(shù)；（2）對信息的有效處理與構(gòu)建技術(shù)；（3）對傳感網(wǎng)系統(tǒng)的有效控制、實時預警與有效重構(gòu)技術(shù)，以上3個方面構(gòu)成了目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的現(xiàn)代煤礦企業(yè)的自動化核心體現(xiàn)結(jié)構(gòu)。煤礦災害發(fā)生的區(qū)域和時間均具有未知性，并且煤礦處于動態(tài)開采過程中，要感知這些災害產(chǎn)生的前兆信息，只能采用符合煤礦生產(chǎn)特點的基于無線傳感器網(wǎng)絡的分布式、可移動和自組網(wǎng)的信息采集方式。需要研究煤礦物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建動態(tài)的感知煤礦災害狀況、感知設備健康狀態(tài)、感知人員安全環(huán)境等信息感知與處理平臺。

煤礦物聯(lián)網(wǎng)3層結(jié)構(gòu)功能設計

1感知與控制層

根據(jù)煤礦作業(yè)的特點，本層由2層網(wǎng)絡組成：骨干傳輸網(wǎng)和感知層網(wǎng)絡。（1）骨干網(wǎng)功能與要求骨干網(wǎng)為網(wǎng)絡化的煤礦監(jiān)測與控制系統(tǒng)、語音信號及視頻信號傳輸與管理提供了信息高速公路。各種控制子系統(tǒng)、工業(yè)電視、大屏幕、預警系統(tǒng)等顯示的數(shù)據(jù)與畫面信息均需要骨干網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)予以支持。骨干傳輸網(wǎng)與礦山綜合自動化骨干傳輸網(wǎng)基本相同，使用防爆1000M工業(yè)以太網(wǎng)。對骨干網(wǎng)的總體要求：①煤礦各種信息均能融入骨干網(wǎng)進行傳輸，即能實現(xiàn)礦山的三網(wǎng)合一；②對于各種網(wǎng)絡故障，系統(tǒng)應該進行快速自愈，一般要求系統(tǒng)重構(gòu)時間小于300ms，從而保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定與安全性；③建立虛擬專用的網(wǎng)絡系統(tǒng)，有效保證各監(jiān)控系統(tǒng)的有效隔離，防止互相干擾，保證其獨立有效運行。（2）感知網(wǎng)功能與要求主要是無線網(wǎng)絡，對于井下地理信息狀況、地質(zhì)狀態(tài)分布、企業(yè)內(nèi)部的管理、加工和運輸?shù)葼顩r信息均需要移動的感知。引發(fā)煤礦事故的災害源如瓦斯、礦壓、透水等均散布在尚未開采的地層中，且具有流動性，開采擾動會造成它們相對集中，演化為災害前兆事件。但隨著開采的進行，災害源集中的地點、強度、顯示度及危害程度也在不斷的發(fā)生變化，而災害事故的產(chǎn)生卻具有突發(fā)性。顯然，無法用固定的接觸式傳感器直接監(jiān)測災害源，只能通過對前兆事件發(fā)生時通過地層傳播出來的物理量（如電磁幅射、聲發(fā)射等）進行監(jiān)測和識別、處理，但傳播這些物理量的地層也具有不確定性，需要隨時能移動的無線分布式感知手段。

2信息集成與MES層

信息集成與MES層關(guān)鍵是建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫平臺，煤礦內(nèi)部不同設備與工藝需要不同的控制子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)需要具備統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，從而減少數(shù)據(jù)冗余，形成有效數(shù)據(jù)共享。例如，在整個煤礦安全生產(chǎn)運行情況的評價體系中，井下氣體成分與比例、井下水位情況、風機運轉(zhuǎn)情況及電力設施情況等數(shù)據(jù)需要有統(tǒng)一的描述形式，實現(xiàn)合理地有效存儲。由于控制子系統(tǒng)眾多，數(shù)據(jù)復雜，為了便于將來的數(shù)據(jù)分析與挖掘，需要利用數(shù)據(jù)倉庫良好的數(shù)據(jù)存儲能力，同時使用OLAP聯(lián)機分析處理工具，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效的綜合分析，統(tǒng)一合理的數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)MES層功能的首要基礎。

3管理決策與應用層

管理決策與應用層主要是各種軟件應用模塊。反應煤礦及相應狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過中間層的轉(zhuǎn)化后，利用這些信息可以直觀地、實時地描述煤礦企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)過程，減少生產(chǎn)故障的產(chǎn)生，提高經(jīng)濟效率。管理決策與應用層中的各種軟件應用模塊，如煤礦安全生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)、煤礦災害預警系統(tǒng)、采掘設備監(jiān)控系統(tǒng)等模塊，根據(jù)企業(yè)內(nèi)部的需要可以進行增減調(diào)整，這些模塊通過企業(yè)內(nèi)部Intranet，可以為企業(yè)不同部門提供較好的功能應用。

井下感知層骨干網(wǎng)絡平臺構(gòu)建

整個煤礦井下骨干網(wǎng)為1000M工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)構(gòu)建，其優(yōu)點是可以保證整個系統(tǒng)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性，尤其是當傳輸線路由于外界原因遭到破壞時，以太網(wǎng)可以快速診斷發(fā)生故障的位置，及時自愈，保證系統(tǒng)的正常工作。各個子控制系統(tǒng)中使用的現(xiàn)場總線通過相應接口接入骨干以太網(wǎng)，另外有線IP電話、無線移動電話等其他通信設備都接入該網(wǎng)絡，系統(tǒng)預留工業(yè)以太網(wǎng)接口，便于以后系統(tǒng)升級與改造。

作者：韓毅尚鵬單位：安陽工學院