物聯網技術在采煤機設備上的應用研究

馬昆

（國家能源寧夏煤業集團限公司,寧夏 銀川 750000）

近幾年來，為了在采煤技術上實現采煤機的遠程監控，需要將無線通信技術、傳感器技術、計算機技術、射頻技術以及信息處理技術等綜合利用，將其融入無線傳感器網絡以及工業以太網內，建立以物聯網為基礎的采煤機綜合監控系統。通過工作人員監測采煤機上的電動機位置、電流、牽引速度及搖臂傾斜角度等一系列參數，可以實現對現場工作畫面的搜集與整理，將這些畫面的視頻、音頻數據經過工業以太網及無線傳感網絡上傳到地面的監控中心，這樣既可以實時監控礦井內的災害，及時預警并做好事故的診斷工作，也可以使地面的監測中心能夠對其進行智能化的操控，推動采煤機作業實現正常平穩的工作狀態，為以后實現采煤無人自動化工作奠定基礎。

1 關于物聯網技術含義

1．1 物聯網技術含義

所謂物聯網技術，是指通過信息安全技術、紅外線射頻技術、計算機技術以及傳感器技術等將日常生活中的具體物品與互聯網相結合，是我國目前迅速發展的新興技術與科技，將物聯網技術有效地融入傳統的機械工程技術當中能夠極大地提高傳統機械工程技術的效率與水平。物聯網技術并非將集中簡單的技術進行拼湊，而是將這些技術綜合起來，進行系統組合，自20世紀90年代起物聯網技術在我國就已經被研發，在最近十年中，物聯網技術逐漸向微型、智能及系統化的方向發展。我國的煤礦開采行業正采用積極的方式，將物聯網技術與傳統的煤礦器械開采相結合，這是一種巨大的改變，能為我國的煤礦開采事業帶來新的生機與活力。物聯網技術的應用有以下幾點好處：可以促進煤礦機器操作工作的高效性，可以使所有煤礦開采的操作過程都在物聯網技術支撐下進行，這有利于煤礦開采工作的規范性與安全性，將繁瑣的工作流程加以簡化，節省了煤礦開采工人的勞動時間，有效提高工人的工作效率，從而大大降低了開采成本；物聯網技術也可以提高煤礦機器操作的智能化，使煤礦開采工人在工作過程中享受更加人性化的設計與體驗，從而提高工作效率；物聯網技術可以使煤礦器械微型化，從而降低了生產的消耗與浪費，節省更多的資源，增加煤礦開采過程的安全性。

1．2 射頻技術含義

所謂射頻技術，即射頻識別技術，其英文名稱為RadioFrequencyIdentifi-cation，屬于一種非接觸性的自動識別技術。射頻技術是通過對某些射頻信號、雷達反射及空間電磁耦合的傳輸，自動識別物體，取得相關物體的基本數據，該識別不需要人工參與，可以被應用于各種惡劣的氣候環境中。射頻技術可被運用于識別正處于高速運動的物體以及多個物體中，其操作簡單快捷，具體由電子標簽、閱讀器以及數據管理系統3部分構成。其中，電子標簽是射頻技術中的數據載體部分，由專用的標簽芯片和天線構成，根據供電形式的不同可將其分為無源電子標簽、有源電子標簽以及半無源電子標簽。半無源電子標簽有一部分通過電池運作，有源電子標簽內部裝置了電池，無源射頻標簽內部則沒有安裝電池，讀寫器為了實現讀出或者寫入內存數據及標簽的識別碼，通常情況下利用天線與電子標簽通信。比較具有代表性的讀寫器由發送器、接收器、讀寫器的天線及控制單元組成，為了利用電子標簽將數據信息規范地存儲起來，物聯網系統會使用無線通信技術搜集數據，將數據傳送到信息中心，識別物體后將信息在互聯網上共享或交換，從而達到感知物體的目的。

1．3 互聯網技術含義

信息社會的一般標志就是對互聯網技術的廣泛應用與普及，互聯網技術包括傳感器技術、通信技術以及計算機技術。其中，傳感器技術是人類感官的發展；通信技術作為傳遞信息的技術，是人類神經系統的延伸；計算機技術作為處理信息的技術，是人類大腦功能的延續。傳感器利用互聯網可以實現對信息的協同與傳遞，具體包括近距離的通信與廣域范圍內的網絡通信兩種類型。近距離的通信分為WIFI、藍牙及ZigBee等，近距離的通信將IEEE802.15.4通信技術作為主流，該通信技術具有距離短、速率低及功耗低的優點，可用于存儲和計算能力受到限制的簡單機器；廣域范圍內的網絡可以通過2G/3G的移動通信、衛星通信或者IP互聯網進行遠距離的信息傳遞。

2 采煤機物聯網系統設計

2．1 采煤機物聯網系統工作原理

采煤機物聯網系統需要在工作前通過傳感器的節點等設備搜集周邊環境及采煤機的工作情況信號，若搜集的數據存在異常或超過限制，報警系統將會啟動并促使工作現場的自動控制設備開啟。每一個傳感器的最終節點會把搜集的數據及時傳遞到協調器的節點內，協調器的節點將這些數據轉變為PLC數據，并交由PLC的控制版面進行相關處理，同一時間內這些數據被上傳到地面的監控中心，由監控中心及時檢測這些數據信息，對其進行整理分析并顯示在工業的大屏幕上，至此，采煤機物聯網系統對于工作狀況的實時監測、數據存儲并顯示以及對故障的維修才算完成，最后將警告信息發布于遠程的無線終端部分，并向上層部門匯報，緊急啟動危險應急處理指揮模式及遠程操控，對采煤機設備的牽引速度、定位以及啟動、關閉做好及時調整。

2．2 采煤機物聯網系統的結構

目前為止，根據現階段采煤機設備的監控系統以及物聯網技術的發展來看，以物聯網技術為基礎的采煤機操作系統是通過各個無線傳感器的節點，將搜集到的信息利用信息的融合手段進行相應處理，并減少了由單一傳感器以及信息量限制造成的錯報現象的發生，篩除了大量的冗余數據，使通信技術的寬帶和能量資源得到節約，增強了對信息的搜集能力，促進信息間的感知與互補。

采煤機物聯網系統分為網絡層、感知層與應用層3個部分。網絡層具體包括地面的光纖網、無線局域網、服務器、路由器以及防火墻等，這些也是采礦區數據網絡的組成結構，可用于傳輸信息。感知層具體包括關于周邊環境信息、人員信息及采煤機各項參數信息的傳感器，由傳感器架構一整個傳感網絡，確保能夠為采礦區提供全面的工作信息。應用層具體包括人員管理系統、煤礦自動化系統、視頻檢測系統以及應急指揮系統等，屬于采礦區的信息綜合性平臺，應用層可以實現對礦區工作生產信息、安全數據的整理分析，并實時監控采煤機器械的工作狀況。這一系統可以通過與電視監測系統的合作，使地面信息中心加強對礦區工作人員分布、井下工作環境及采煤機生產設備數據的全面監控，將這些數據實時傳輸到上層領導面前，指揮中心通過計算機就可以及時了解礦區人員及設備的狀態，從而實施高效的管理與調度。

2．3 采煤機物聯網系統模塊設計

根據工作實際情況需要，對采煤機物聯網系統的模塊設計分為人員監控、采煤機溫度檢驗及可燃有毒氣體檢驗3個部分。分段人員監控部分包括給每一位工作人員佩帶標簽，標簽內容包括姓名、年紀、工作時間及工作部門等，這些信息可以在礦井的主要通道及出入口內被讀取，經過數據信息的處理送到監控中心，做好對井下人員的監測工作。

對采煤機的溫度檢驗是由于采煤機長期運行過程中會出現電纜接觸不良等故障，這些故障導致采煤機溫度的升高，干擾井下生產的安全。最好的辦法是將溫度節點設置于采煤機上，由相鄰節點讀取溫度數據并將信息通過多跳的形式傳送至匯聚節點處，最后由有線網將這些數據送到地面信息控制中心。

可燃有毒氣體的檢驗是通過傳感器節點組網的方式，將WiFi與服務器相連，使可燃有毒氣體傳感器檢測到的數據通過有限光纖網或無線傳感網送到地面控制中心。在可燃有毒氣體含量超標時，傳感器可以及時啟動警報，讓工作人員撤離工作現場，開啟排風機直到可燃氣體濃度降低至安全值。在地面控制中心接到報警信號后，大屏幕上立刻轉換到警報所在地的工作監控畫面，采礦區的領導應啟動緊急救援方案和措施，即時有效地指揮救援。

3 結語

隨著物聯網技術與煤礦器械的結合，我國應用于采煤機設備上的物聯網技術發展前景越來越廣闊，采煤機物聯網技術極具特色，在煤礦開采過程中為促進采煤器械設備的穩定運行做出了貢獻。