機電設備維護無線檢測系統研究

劉 云

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦， 山西 古交 030200）

1 機電設備狀態檢測需求分析

煤炭開采中，生產安全和成本控制是需要考慮的兩個重要方面。機電設備的維護工作集中了安全和成本兩個方面的需求，利用先進的信息化技術手段可以降低機電設備的非計劃停機和設備的故障率，同時又能在一定程度上優化資源，降低人工和庫存成本[1-2]。因此機電設備維護檢測系統的開發應運而生，本文提出的無線檢測系統，可實現對機電設備維護的智能化操作，減少維護成本，更精確地對設備的運行維護進行控制。

2 系統結構與硬件選型

2.1 系統整體設計

機電設備維護無線檢測系統主要包括兩個方面：機電設備維護質量管理和機電設備工作狀態檢測。機電設備維護質量管理要求檢測系統必須建立起一套相對完整的設備維護使用規范，在該規范的指導下通過檢測系統的軟硬件平臺實現對機電設備的監控和對設備維修人員的管理。機電設備工作狀態檢測則要求系統能夠提供一個科學的、具有一定參考價值的數據庫來實現對機電設備工作狀態的合理評價，最終達到提高煤礦機電設備工作效率和降低維護成本的目的。

機電設備維護無線檢測系統的整體設計分為無線網絡系統設計和系統整體架構兩個方面，無線網絡系統的配置如圖1所示。

圖1顯示無線網絡系統共配有三個基站實現數據的傳輸，其中兩臺中心基站安裝在調度中心，其覆蓋范圍為以基站為圓點、半徑300 m的圓形范圍。其中一個基站配置AM-V2G-Ti天線，另外一個基站配置AP+WDS功能，二者通過無線連接。第三臺基站安裝在變電所，分別配置兩個AMO-2G13天線并向南北兩個方向覆蓋，同樣配置AP+WDS并通過無線與核心基站實現數據連接。

圖1 無線網絡系統配置圖

在對現場的環境和建筑物分布觀察后決定布置如下，系統的總體架構圖如圖2所示。

圖2 系統總體架構圖

如圖2所示，系統總體框架主要分為三個部分：監控中心、系統網絡和移動終端。

監控中心是整個系統的核心，它主要由PowerEdge服務器、監控端、RFID讀寫器、DTU模塊以及外網預留口等組成。

系統網絡主要由三個無線基站和五個天線組成，與服務器之間采用有線連接，對廠區范圍內的機電設備，移動終端和服務器進行無線覆蓋，使其處在同一個局域網絡范圍內。

系統終端主要包括：現場設備維護人員、手持移動終端和機電設備。主要分布在提升機、壓風機、污水處理站、變電站等多個崗位。維修人員在系統終端完成設備的維修，然后利用手持移動設備對所維護機電設備進行標識，同時完成與數據服務器的數據交換。

2.2 無線網絡系統硬件選型

本檢測系統的特點就是利用無線網絡實現數據的傳輸。因此根據國際網線規范和國家無線電管理委員會的要求，無線網絡系統必須具備以下要求：

1）無線網絡系統能夠提供先進的、穩定成熟的無線網絡技術；

2）無線網絡系統是開放的系統，其應具有可持續升級和完善的特性；

3）無線網絡系統的硬件設施，必須具有一定的抗溫、抗濕、抗電磁干擾等物理特性，同時對同范圍內的其他網絡系統干擾不大；

4）無線網絡系統必須具有標準接口，能實現無線和有線的同步連接。

2.2.1 MIMO無線網絡通信

MIMO天線技術是一種將無線通信的終端分為發射分集和接受分集的技術，在發射端和接收端分別由空時編碼器、DC/CD轉換器、調制解調器三層結構進行數據的轉換解碼[3-4]。MIMO天線技術的通訊模型如圖3所示。

圖3 MIMO無線通信模型

MIMO天線技術目前采用微帶天線雙極化方式，其利用表面鍍金技術，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。

由于數據信號經過調制后的波長大于微帶天線的金屬鍍層的內徑，故將對其進行改制，如圖4所示。

由圖4所示，微帶天線經過雙極化改進后，天線引出兩個突出區域，電磁輻射通過該區域向外發射，將發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和雙頻率的雙極化信號。

圖4 雙極化的微帶天線結構圖

雙圓極化微帶天線的使用可以有效地將兩條不同信號同時使用信道并利用同樣的發射頻率的情況進行隔離。利用上述原理可以在一定程度上盡可能地提高無線數據傳輸的信道容量。

2.2.2 UBIQUITI RM5-Ti基站系統

本系統選用UBIQUITI networks公司研制的Rocket M系列MIMO無線網絡基站組件RM5-Ti。

RM5-Ti AirMax基站具有較強的抗電磁干擾能力和在惡劣環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視界面，通過它來實現對基站的能量譜、信噪譜的實時觀測。

2.3 設備識別系統硬件選型

該系統需要利用手持終端設備對機電設備進行識別，因此機電設備自身必須有一定的標記。考慮到機電設備的工作環境具有高粉塵和高污染的特性，因此機電設備的標記必須具有一定的抗污染和持久的能力。因此本系統采用RFID射頻識別技術[5-6]。RFID系統主要由三部分組成：處理器、讀寫器和標簽。其系統結構圖如圖5所示。

圖5 RFID系統結構圖

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

2）讀寫器。讀寫器主要負責對機電設備的標簽進行讀取，它主要由控制系統和射頻接口兩個模塊組成。

3）標簽。標簽又稱為電子標簽，其具有成本低、壽命長等特點。

3 結語

通過建立機電設備無線維護檢測系統對煤礦機電設備進行檢測。通過對機電設備維護現狀分析，提出建立該系統并采用以下技術實現對機電設備的檢測：

1）RFID射頻識別技術，實現對機電設備維護過程的記錄和監視功能。

2）MIMO無線通信技術，實現系統范圍內的無線通信功能，保證數據的傳輸。