機(jī)電設(shè)備維護(hù)無線檢測系統(tǒng)研究

劉 云

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦， 山西 古交 030200）

1 機(jī)電設(shè)備狀態(tài)檢測需求分析

煤炭開采中，生產(chǎn)安全和成本控制是需要考慮的兩個(gè)重要方面。機(jī)電設(shè)備的維護(hù)工作集中了安全和成本兩個(gè)方面的需求，利用先進(jìn)的信息化技術(shù)手段可以降低機(jī)電設(shè)備的非計(jì)劃停機(jī)和設(shè)備的故障率，同時(shí)又能在一定程度上優(yōu)化資源，降低人工和庫存成本[1-2]。因此機(jī)電設(shè)備維護(hù)檢測系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)運(yùn)而生，本文提出的無線檢測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備維護(hù)的智能化操作，減少維護(hù)成本，更精確地對(duì)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行控制。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件選型

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

機(jī)電設(shè)備維護(hù)無線檢測系統(tǒng)主要包括兩個(gè)方面：機(jī)電設(shè)備維護(hù)質(zhì)量管理和機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)檢測。機(jī)電設(shè)備維護(hù)質(zhì)量管理要求檢測系統(tǒng)必須建立起一套相對(duì)完整的設(shè)備維護(hù)使用規(guī)范，在該規(guī)范的指導(dǎo)下通過檢測系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控和對(duì)設(shè)備維修人員的管理。機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)檢測則要求系統(tǒng)能夠提供一個(gè)科學(xué)的、具有一定參考價(jià)值的數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備工作狀態(tài)的合理評(píng)價(jià)，最終達(dá)到提高煤礦機(jī)電設(shè)備工作效率和降低維護(hù)成本的目的。

機(jī)電設(shè)備維護(hù)無線檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)分為無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)整體架構(gòu)兩個(gè)方面，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置如圖1所示。

圖1顯示無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共配有三個(gè)基站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，其中兩臺(tái)中心基站安裝在調(diào)度中心，其覆蓋范圍為以基站為圓點(diǎn)、半徑300 m的圓形范圍。其中一個(gè)基站配置AM-V2G-Ti天線，另外一個(gè)基站配置AP+WDS功能，二者通過無線連接。第三臺(tái)基站安裝在變電所，分別配置兩個(gè)AMO-2G13天線并向南北兩個(gè)方向覆蓋，同樣配置AP+WDS并通過無線與核心基站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接。

圖1 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置圖

在對(duì)現(xiàn)場的環(huán)境和建筑物分布觀察后決定布置如下，系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

如圖2所示，系統(tǒng)總體框架主要分為三個(gè)部分：監(jiān)控中心、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端。

監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它主要由PowerEdge服務(wù)器、監(jiān)控端、RFID讀寫器、DTU模塊以及外網(wǎng)預(yù)留口等組成。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要由三個(gè)無線基站和五個(gè)天線組成，與服務(wù)器之間采用有線連接，對(duì)廠區(qū)范圍內(nèi)的機(jī)電設(shè)備，移動(dòng)終端和服務(wù)器進(jìn)行無線覆蓋，使其處在同一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)。

系統(tǒng)終端主要包括：現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)人員、手持移動(dòng)終端和機(jī)電設(shè)備。主要分布在提升機(jī)、壓風(fēng)機(jī)、污水處理站、變電站等多個(gè)崗位。維修人員在系統(tǒng)終端完成設(shè)備的維修，然后利用手持移動(dòng)設(shè)備對(duì)所維護(hù)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行標(biāo)識(shí)，同時(shí)完成與數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件選型

本檢測系統(tǒng)的特點(diǎn)就是利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。因此根據(jù)國際網(wǎng)線規(guī)范和國家無線電管理委員會(huì)的要求，無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須具備以下要求：

1）無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠提供先進(jìn)的、穩(wěn)定成熟的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

2）無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，其應(yīng)具有可持續(xù)升級(jí)和完善的特性；

3）無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件設(shè)施，必須具有一定的抗溫、抗?jié)瘛⒖闺姶鸥蓴_等物理特性，同時(shí)對(duì)同范圍內(nèi)的其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)干擾不大；

4）無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須具有標(biāo)準(zhǔn)接口，能實(shí)現(xiàn)無線和有線的同步連接。

2.2.1 MIMO無線網(wǎng)絡(luò)通信

MIMO天線技術(shù)是一種將無線通信的終端分為發(fā)射分集和接受分集的技術(shù)，在發(fā)射端和接收端分別由空時(shí)編碼器、DC/CD轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換解碼[3-4]。MIMO天線技術(shù)的通訊模型如圖3所示。

圖3 MIMO無線通信模型

MIMO天線技術(shù)目前采用微帶天線雙極化方式，其利用表面鍍金技術(shù)，將微帶天線一面接地，另一面制造成一定形狀的金屬鍍層，通過探針將金屬鍍層與天線饋線連接。

由于數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后的波長大于微帶天線的金屬鍍層的內(nèi)徑，故將對(duì)其進(jìn)行改制，如圖4所示。

由圖4所示，微帶天線經(jīng)過雙極化改進(jìn)后，天線引出兩個(gè)突出區(qū)域，電磁輻射通過該區(qū)域向外發(fā)射，將發(fā)射的極化波分別定義為垂直分量和水平分量。通過判斷極化后的兩處信號(hào)頻率的波段是否一致，又將極化波定義為單頻率的雙極化信號(hào)和雙頻率的雙極化信號(hào)。

圖4 雙極化的微帶天線結(jié)構(gòu)圖

雙圓極化微帶天線的使用可以有效地將兩條不同信號(hào)同時(shí)使用信道并利用同樣的發(fā)射頻率的情況進(jìn)行隔離。利用上述原理可以在一定程度上盡可能地提高無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺廊萘俊?/p>

2.2.2 UBIQUITI RM5-Ti基站系統(tǒng)

本系統(tǒng)選用UBIQUITI networks公司研制的Rocket M系列MIMO無線網(wǎng)絡(luò)基站組件RM5-Ti。

RM5-Ti AirMax基站具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力和在惡劣環(huán)境下正常工作的能力，其主要由MIPS 74K處理器、128 MB SDRAM和SMA定位天線接口組成。Rocket M系列基站具有可視化的監(jiān)視界面，通過它來實(shí)現(xiàn)對(duì)基站的能量譜、信噪譜的實(shí)時(shí)觀測。

2.3 設(shè)備識(shí)別系統(tǒng)硬件選型

該系統(tǒng)需要利用手持終端設(shè)備對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行識(shí)別，因此機(jī)電設(shè)備自身必須有一定的標(biāo)記。考慮到機(jī)電設(shè)備的工作環(huán)境具有高粉塵和高污染的特性，因此機(jī)電設(shè)備的標(biāo)記必須具有一定的抗污染和持久的能力。因此本系統(tǒng)采用RFID射頻識(shí)別技術(shù)[5-6]。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：處理器、讀寫器和標(biāo)簽。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1）處理器。處理器顧名思義是搜集和處理信息的，它主要由數(shù)據(jù)庫和中間組件組成。

2）讀寫器。讀寫器主要負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)電設(shè)備的標(biāo)簽進(jìn)行讀取，它主要由控制系統(tǒng)和射頻接口兩個(gè)模塊組成。

3）標(biāo)簽。標(biāo)簽又稱為電子標(biāo)簽，其具有成本低、壽命長等特點(diǎn)。

3 結(jié)語

通過建立機(jī)電設(shè)備無線維護(hù)檢測系統(tǒng)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備進(jìn)行檢測。通過對(duì)機(jī)電設(shè)備維護(hù)現(xiàn)狀分析，提出建立該系統(tǒng)并采用以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的檢測：

1）RFID射頻識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備維護(hù)過程的記錄和監(jiān)視功能。

2）MIMO無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)范圍內(nèi)的無線通信功能，保證數(shù)據(jù)的傳輸。