煤礦自動化與物聯網技術探討

【摘要】第三次信息產業浪潮中物聯網在其中站著主導的地位，物聯網不僅僅是網絡，應該說更是業務和應用，所以說物聯網發展的核心是應用創新。將物聯網運用到煤礦上，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理等一些措施，為解決在煤礦自動化中存在的不重視標準建設、多角度的感知手段缺乏、忽視軟件集成，重視硬件集成、缺乏各種科學角度的結合、缺乏應用層面的信息融合、沒有泛在的感知網絡等缺陷，要解決這些缺陷必須要在煤礦自動化中建設煤礦感知物聯網，為了提高煤礦企業生產效率，須實現災害感知、設備感知、人員感知，從而實現主動式安全保障，預知設備維修，確保減災安全的建設目標。

【關鍵詞】感知物聯網；煤礦綜合自動化；信息集成

引言

物聯網概念是由互聯網為中心，將任何物品的用戶端延伸擴展到物品上，從而使人與人，人與物，物與物之間產生內在的聯系，達成一個進行信息交換、通信控制和管理決策的一種概念，本文將闡述煤礦自動化與感知物聯網的聯系和結合，從而實現煤礦的安全生產，提高礦山的生產能力，以實現煤礦現代化生產。

一、目前煤礦自動化生產中所存在的問題

通過大量資料可以得知在我國煤礦企業中應用的自動化多數采用的是三層架構及兩大基礎平臺。傳統的井下監控系統和工作面生產相互獨立的狀態通過煤礦自動化模型而改變，從而實現了網絡集成比，從而也很大的提高了生產及管理效率。但通過多年煤礦自動化的應用中存在著一些問題，最主要的就是在風險預警和生產監控中所出現的問題。

（一）缺乏標準的建設

在自動化建設初期，沒有很好的利用由平臺軟件服務商所提供的上層控制中心的平臺建設，相反平臺建設和施工緩解都是由自動化網絡集成商參與完成的， 這恰恰是煤礦綜合自動化沒有被合理應用的一個重要原因。同時這也導致了一個多科學研究服務的開放性系統不能在礦山綜合自動化方面實現。

（二）多角度的感知手段的缺乏

現在的子系統中包含著煤礦綜合自動化感知系統，即子系統是由執行器和傳感器沒能構成一個靈活實用的邏輯系統而被約束在子系統中，分布式傳感和微機電化集中傳感器沒能總夠的利用，再加上信息不能太好的融合，傳感手段老舊，缺乏多角度感知性。

（三）忽視軟件集成、重視硬件集成

現在煤礦自動化的三層構架和兩大基礎平臺的理論模型在煤礦自動化網絡建設中已被完全貫徹，如果軟件和硬件有機結合，系統完全開放，從分發揮自動化系統最大的能力，就不會出現實際情況中重視硬件網絡傳輸平臺的搭建，更不會出現忽視軟件平臺的搭建。現在的自動化系統只是順從單一的網絡傳輸，造成了實現信息透明的錯誤結果，其中各個生產系統接收到底層的原封不動的數據，是因為上層控制中心沒有一個合理的數據平臺支持，沒能將數據合理的綜合利用起來。

（四）缺乏各種科學角度的結合

任何一門技術都不是獨立存在的，都需要各種科學角度的結合。所以只有結合計算機、監控檢測、采礦、地質、安全、測量、管理、通信、智能信息處理等多學科才能實現煤礦的信息化。如果沒有一個統一的軟件平臺那么這些學科就不能在統一的平臺上進行研究，即使有其他學科的研究成果及相關知識也不能 統一的開展。因此只有彌補了礦山綜合自動化系統存在的缺陷，才能實現這種平臺的搭建。

（五）缺乏應用層面的信息融合

因為沒有來自系統的智能決策所以只是將各個工作面的傳感器系統匯總到井下子系統中。 然而子系統的聯動性和融合性卻由于缺乏上層控制中心的數據管理平臺的和煤礦企業忽視軟件集成、重視硬件集成等原因大大降低。所以，事實上子系統只是負責了簡單的網絡融合。

（六）沒有泛在的感知網絡

由于井下工作面較大，從而造成無線覆蓋盲區很大。現在能做的是集中式的監測，即通過電纜直接到工作面傳感器的方式，達不到分布式控制和監測。因為單一的傳感器和執行器不能完全有效的覆蓋和感知這一礦區，并當井下的工作流動性很大時，導致許多工作面的流動規則、危險源都不能得到有效的確認。

綜合上面提出的六種因素，礦山綜合自動化系統無法完全用信息覆蓋整個礦區，沒有信息、物、人之間的交流平臺，缺乏多種角度的結合服務，無法感知礦山的物理世界，因此要想實現煤礦的精確管理，資源共享以及對生產實時的監控，就需要將感知物聯網運用到煤礦上完成對綜合自動化系統的補充。

二、關于煤礦感知物聯網

（一）煤礦感知物聯網的基礎網絡構架

該網絡由應用層、傳輸層和感知層這三層結構組成，是為了開發數據平臺，實現對整個礦山的控制管理并且監測整個礦山的生產，從而把整個礦山綜合起來形成一個有機體。該物聯網通過將井下的自動化子系統以及各個工作面的監控系統集成到該網絡體系中架設成一個統一的控制平臺來實現。

（二）煤礦感知物聯網的四類模塊

煤礦感知物聯網由四大模塊構成：

1.硬件平臺，該平臺具有開放性包括千兆骨干網絡和感知網絡；

2.M2M應用平臺，并且有關礦山管理和生產的所有軟件都集成在該應用平臺上；

3.煤礦感知物聯網有三大核心內容，災害感知、設備感知和人員感知；

4.各種應用系統。

（三）功能模塊

1.應用系統。

辦公自動化、煤礦供應鏈管理、煤礦災害預警與防治、煤礦安全生產監控與決策管理、煤礦安全隱患排查和應急預案管理等都屬于應用系統。

2.應用平臺。

應用平臺包括GIS礦山定位系統和3DVR軟件，該平臺是一個不僅融合了用戶權限、用戶管理還將礦山的井下的實時監控、地質結構、事故數據的查看記錄和分析、報警數據、礦山地質運動的歷史記錄等都融合在一起的應用平臺。

3.骨干網絡。

煤礦感知物聯網的骨干網絡即專供高速傳輸使用的，在調度中心配備相應的軟硬件，架設多臺集群服務器的工業以太網設備。該設備包含兩個工業以太網：一個是連接礦井上、下的告訴千兆工業以太網；另一個是井上調度指揮中心的工業以太網。

4.感知網。

感知網是通過無線傳感器實現整個礦區的無縫覆蓋，它首先在礦區的各個工作面上安裝上無線傳感器，然后將各個工作面上的無線傳感器連接到千兆工業以太網上。

5.設備感知。

設備感知的功能是對礦井上、下的輔助運輸系統進行實時監控，這樣就可以隨時感知各個設備的工作狀況且大大減少了井下的看設備人員的數量。該功能是通過設備傳感器來輔助完成，由設備傳感器隨時將各個設備的工作狀態發送到控制中心，從而及時發現設備故障。

6.人員感知。

人員感知是為了使井上的控制指揮中心能隨時監控下井人員的情況，包括人員數量、操作是否違規等。該功能通過把下井人員的定位系統以及安全監測集成到信息終端來實現。

7.災難感知。

災難感知是進行預兆信息的感知，提前預報災難，使相關工作人員有時間做好防御措施。（礦井上常發生的災難有井下地震、透水、煤和瓦斯突出、煤塵瓦斯爆炸、井下電氣火災等）

三、結論

綜上所述，煤礦感知物聯網能夠有效的解決以上總結的目前煤礦自動化生產中所存在的六大問題，有效地彌補了煤礦綜合自動化中存在的不足。因此，要在煤礦自動化的基礎上建設煤礦感知物聯網，實現災害感知、設備感知、人員感知，從而實現主動式安全保障。

參考文獻

[1]衛何.基于無線物聯網的基站運維管理系統的設計和實現[J].煤炭技術，2011，12.

[2]張登宏.煤礦安全檢測系統的物聯網技術研究[J].煤炭技術，2011，12.

作者簡介：王棟平（1981—），男，江蘇常州人，工程師，天地（常州）自動化股份有限公司監控分院工程中心主任助理，主要從事礦山數字化建設和工程管理工作。