物聯網下的煤礦綜合自動化系統設計研究

朱彤　趙娟　周凱麗

摘要：目前，物聯網技術受到了越來越多人的關注，被廣泛應用于煤礦開采過程中。通過物聯網傳感器以及無線技術能合理管理和監測礦井下的煤礦開采作業，能夠有效避免煤礦開采事故，保證開采人員的生命安全和煤礦企業的財產安全。物聯網技術的應用能促進煤礦企業安全穩定的持續發展。文章對物聯網下的煤礦綜合自動化系統設計展開了分析。

關鍵詞：物聯網；煤礦企業；綜合自動化系統；傳感器；煤炭開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD655 文章編號：1009-2374（2015）19-0020-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.009

隨著煤礦行業的蓬勃發展，越來越多的煤礦被開采，然而開采事故卻屢見不鮮。傳統的礦山監測監控系統已經不能滿足現在煤礦的開采要求，傳統的監測控制系統普遍落后，主要由兩部分組成，分別是現場的監控分站以及控制中心主站，還正處于集中控制階段。結構設計相對不合理，無論是兼容性還是實時性都偏差。為了對煤礦開采過程中實現有效的管理和監控，避免各種危險事故的發生，就要利用物聯網技術建立高效的管理系統，不斷提高開采過程中的管理水平，提高開采作業的質量和效率。隨著以太網技術的廣泛使用，煤礦企業開始利用有線系統對煤礦開采進行管理監控，但由于有線系統的傳輸速度和距離的有限性，導致了其覆蓋率和靈活性嚴重不足。通過利用先進的物聯網傳感器以及網絡無線技術能有效改變這一狀況，能有效實施對煤礦全方位的監控檢測，保證煤礦安全穩定被開采。

1 物聯網的架構

通過建立物聯網架構，將物聯網技術與工業以太網技術相結合，從而形成全新的無線傳感器網+工業以太網的架構體系，同時利用有線和無線技術的綜合網絡形式。工業以太網系統是礦井下監測的重要核心網絡，通過運用現場總線傳輸以及光纖工業以太網的網絡架構，普遍設立在較為廣闊、便于搭線的主要巷道區域。而物聯網無線傳感器通常構建在地形陡峭狹窄，工作人員無法輕易到達的區域，例如常見的事故發生地、采空區和井筒內等，要想達成礦井下全方位的有效監控監測，就要合理地運用物聯網傳感器的鮮明特點，比如它的多跳路由、自組織以及動態拓撲等。網關的接入能讓無線傳感器網路與光纖骨干網相連接，這樣相關的傳感器網絡就能把各種信息數據傳于各個控制中心，實現地面監控管理室的實時監控，當出現突發情況時，地面控制中心的員工就能及時地對所在區域的工作人員發出警報。

2 綜合自動化系統設計

信息集成作為物聯網下煤礦綜合自動化系統的重中之重，是一個無法替代的核心環節，它涵蓋了三種技術，分別是信息管理技術、網絡融合技術和三維處理技術。通過采用先進的數字化監控技術以及全程自動化技術達成對礦井的全方位監控管理，對于煤礦生產的各個階段都能提供有效的信息數據，滿足了煤礦企業管理的各種需求，物聯網下的煤礦綜合自動化系統主要的作用如下：

2.1 礦井穩定開采時的監測和聯動控制

在礦井開采過程中利用物聯網傳感器有效地收集到各項實時數據信息，比如礦井下的通風情況、溫度濕度、瓦斯含量、壓力等信息數據，再將這些數據通過計算機網絡傳遞給上位機，上位機就可以用曲線、表格、三維立體圖等方式表現出來，當出現反常的狀態時就可以自動進行報警。及時對反常數據研究分析，整理出有用的信息數據，劃定出特殊區域，需要對此區域實行動態實時監控管理。

由于礦井下光線不好，絞車在巷道運行過程中，絞車的駕駛者往往只接受信號燈的指示，不能通過肉眼判斷在軌道上是否有行人在行走，因此時常在運輸過程中造成絞車誤撞行人的事故。通過物聯網的音頻以及視頻傳感器能全方位有效搜集到礦井下的各個位置信息，再利用有線中繼形式就可以將所有位置信息傳遞給上位機。這樣就能確保絞車司機在駕駛室內直觀地觀察到路面的實時情況，從而避免了撞傷行人或障礙物的情況發生。當出現絞車司機駛向錯誤巷道時，人體紅外傳感器就會第一時間發出警報聲音，絞車司機就能根據警報迅速做出正確判斷，使絞車進入正確軌道，確保開采人員的生命安全。

2.2 工作人員的及時定位

通過物聯網技術在礦井中的每個進出口以及特殊區域裝配好RFID閱讀器，利用閱讀器的功能就能讀取出位于該區域內工作人員信息以及移動設備的ID號碼，再就可以運用工業以太網把所讀取的所有數據傳于上位機，然后儲存在數據庫中。上位機通過提取數據庫中的數據就能繪制出各個區域中的職工人員分布以及行動軌跡圖，某個時間階段的礦井中職工人員的統計表格等，就能清楚了解到每個員工的出勤情況，控制管理好井下的工作人數，特別是特殊區域的員工人數，要控制好井下員工的工作時間，避免因為超時工作發生操作事故，通過監控時刻提醒工作人員的安全，防止員工走錯巷道，走入采空區危險區域。

2.3 礦井下的危害預警

通過物聯網傳感器可以將礦井的掘進深度傳于上位機，從而顯示出最新的掘進情況圖。再根據煤層分布的往前記錄，相關工作人員就可以確定是否存在越層越界的行為。與此同時，煤礦專業人士可以通過分析收集到的數據做出越層作業計劃，及時標出煤層越層的方位，形成報告數據，方便各個礦井工作人員注意越層越界。通過裝配在震動區域的物聯網傳感器，可以實時地將地震的各種信息數據傳輸給上位機，例如地震方位、強度、頻率等，保證煤礦安全地得到開采。

3 結語

綜上所述，通過將物聯網技術與傳統的光纖工業以太網相結合，把工業以太網作為重要基礎網絡，再加入無線網絡技術以及物聯網傳感器技術，全新的物聯網系統就形成了。它能有效地全方位監控礦井下的工作情況，對于突發狀況能第一時間發現并及時發出警報聲音，避免了各種事故的發生，降低了人員的傷亡事件概率，為煤礦企業安全穩定的生產做出了巨大的

貢獻。

參考文獻

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[3] 孫彥景，錢建生，裴立瑞，等.基于工業以太網的KJ82礦井綜合監控系統[J].計算機工程，2009，34（5）.

作者簡介：朱彤（1984-），河南義馬人，鄭煤集團楊河煤業初級工程師，工程碩士，研究方向：電氣工程；趙娟（1981-），女，河南南陽人，河南工業貿易職業學院助教，研究方向：電子信息；周凱麗（1990-），河南新密人，鄭煤集團楊河煤業初級工程師，研究方向：信息管理。

（責任編輯：周 瓊）