基于物聯(lián)網(wǎng)感知的煤礦設備管理系統(tǒng)研究及應用

◎文/李建（淮北礦業(yè)<集團>有限責任公司）

安全生產(chǎn)對煤礦企業(yè)生存發(fā)展具有決定性的意義，煤礦機電設備的安全可靠是煤礦安全生產(chǎn)的重要保證。現(xiàn)實情況是,雖然隨著機械化水平的提高,煤礦機電設備投入逐年增加,投入的資金比例占到全礦井生產(chǎn)成本的40%以上，但是多數(shù)礦區(qū)普遍存在機電設備信息采集缺失、混亂，導致配件采購不標準，不同廠家同型號設備安裝尺寸或型式不相同。機電設備管理不規(guī)范，給煤礦安全生產(chǎn)帶來隱患,給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟損失。

基于物聯(lián)網(wǎng)感知的煤礦設備管理系統(tǒng)可以改變以往的煤礦信息采集方式，大大減少設備信息采集工作量，采集效率高,避免采集設備信息過程中人為的失誤和設備被盜用的情況發(fā)生，使煤礦管理人員能夠?qū)崟r準確地掌握設備的動態(tài)信息。從煤礦建設的長遠角度考慮，應用該系統(tǒng)具有非常明顯的經(jīng)濟效益。

一、主要研究內(nèi)容

選擇淮北礦業(yè)集團許疃煤礦作為試點礦，對該礦設備管理業(yè)務進行詳細調(diào)研，分析了設備管理的現(xiàn)狀，收集整理用戶需求，針對許疃煤礦企業(yè)設備現(xiàn)狀，對系統(tǒng)框架進行了設計，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)感知的煤礦設備主動管理系統(tǒng)的功能模型，確立了系統(tǒng)流程圖。

以保證系統(tǒng)開發(fā)過程的合理性和適應性為出發(fā)點，分析煤礦設備管理關鍵技術，規(guī)劃并闡述了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)體系結構，建立了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型及數(shù)據(jù)字典。

二、煤礦設備主動管理系統(tǒng)整體方案設計

在需求分析的基礎上，決定采用管理平臺、讀寫器相結合的方式。分析煤礦設備管理系統(tǒng)的典型結構與工作流程，確定了系統(tǒng)硬件的組成結構。以模塊化軟件設計思想為指導，分析煤礦設備管理系統(tǒng)軟件的功能需求和性能需求，從而確定了系統(tǒng)軟件的組成結構（系統(tǒng)結構見圖1）。

圖1 煤礦設備主動管理系統(tǒng)整體方案系統(tǒng)結構圖

三、煤礦設備主動管理系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)

按照安全性、實時性和可靠性的要求，選擇合適的EPC電子標簽、符合系統(tǒng)要求的讀寫器等設備。進行EPC電子標簽及編碼、讀寫器和數(shù)據(jù)通信的設計。分析系統(tǒng)干擾來源，并采取相應的抗干擾措施。

物聯(lián)網(wǎng)應用的關鍵在于感知層，而感知層的關鍵在于讀寫器。本系統(tǒng)設計的讀寫器具有數(shù)據(jù)傳輸自動打開和數(shù)據(jù)存儲等功能（系統(tǒng)結構見圖2）。

一般場合人員或物體移動，讀寫器固定讀取進入其可寫讀范圍的嵌入電子標簽的人或物。本系統(tǒng)設計的讀寫器為移動式，具有主動獲取人員或設備信息的功能。

圖2 多功能物聯(lián)網(wǎng)讀寫器系統(tǒng)結構圖

四、煤礦設備主動管理系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)

分別對管理平臺、讀寫器和數(shù)據(jù)同步程序進行軟件設計和實現(xiàn)，針對設備固定信息的實時管理及設備動態(tài)信息的更新，實現(xiàn)設備故障的及時處理、用戶權限以及設備信息的查詢統(tǒng)計等功能（軟件設計流程見圖3）。

1.管理平臺設備管理軟件設計與實現(xiàn)

軟件開發(fā)工具采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言C#，設計出操作方便、互動良好的人機界面，能夠直觀形象地顯示設備狀態(tài)以及相關信息，便于用戶全面了解整個設備主動管理系統(tǒng)的狀態(tài)。分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程，設計了數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫，利用MS SQL Server2005數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)，建立了數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。編程中采用了C#中LINQ數(shù)據(jù)庫訪問技術，增強了面向用戶的數(shù)據(jù)管理功能，方便了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲與查詢統(tǒng)計。

2.讀寫器設備數(shù)據(jù)采集軟件設計與實現(xiàn)

嚴格按照煤礦設備管理系統(tǒng)需求分析要求的系統(tǒng)特點進行設計，采用功能強大的Windows CE系統(tǒng)及C#智能設備開發(fā)技術，主要對讀寫器讀取電子編碼、解析與逆解析編碼、寫入及修改EPC電子標簽等部分進行了設計與實現(xiàn)。

圖3 軟件設計流程圖

3.數(shù)據(jù)同步程序設計與實現(xiàn)

管理平臺與讀寫器之間的通信選擇主從方式。在管理平臺安裝了Microsoft ActiveSync同步插件之后，其中管理平臺處于主動態(tài)，由管理平臺發(fā)出連接讀寫器設備及獲取最新煤礦設備動態(tài)信息等操作之后，讀寫器將采集的最新設備信息同步到管理平臺及管理平臺數(shù)據(jù)庫中。

五、應用情況

成果在淮北許疃煤礦應用以來，在設備到貨、入庫、領用、送修、維修驗收、使用交接等業(yè)務環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)了對設備在企業(yè)的使用過程和周轉過程的全程跟蹤，使設備管理者可隨時查詢到某一臺設備在企業(yè)中的所有周轉過程等信息，同時了解所有設備正常、待修、維修、報廢等狀況，對不同生產(chǎn)現(xiàn)場的設備狀態(tài)進行動態(tài)管理，使設備檢修、設備維護、零備件配件科學有序。其功效主要表現(xiàn)在以下方面。

一是將RFID技術應用于煤礦井下的設備管理，提高了煤礦設備管理的效率和準確度，使管理人員及時了解到設備的狀態(tài)。

二是以成本控制、信息共享和分布式管理以及用戶使用的便捷性、高效性、安全性、友好性為目標，用統(tǒng)一的設備編碼管理方式對機電設備全生命周期進行全面的動態(tài)管理。

三是在煤礦井下惡劣環(huán)境中，提高了系統(tǒng)的運行安全性和可靠性。本系統(tǒng)的硬件和軟件設計都采用了模塊化的設計方式，最大的特點是改變了傳統(tǒng)的煤礦設備管理高投入的方式，實現(xiàn)了采用RFID技術采集煤礦井下設備信息的功能。

將本成果的硬件和軟件設計稍加改變即可移植到其他的系統(tǒng)中，實現(xiàn)這些系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸，因此具有非常廣闊的應用前景。