物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)中的運(yùn)用

田華

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到新階段的產(chǎn)物，也為人們的生產(chǎn)和生活帶來了更多的便利。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，在煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)中也得到應(yīng)用，對(duì)全礦區(qū)的設(shè)施、設(shè)備、物資和人員等進(jìn)行監(jiān)控和管理，具備多方面的優(yōu)勢(shì)。本文將對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用效果進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)；運(yùn)用

我國煤炭事業(yè)蓬勃發(fā)展，當(dāng)前隨著新能源的大力開發(fā)和應(yīng)用，煤炭行業(yè)進(jìn)入到了轉(zhuǎn)型發(fā)展時(shí)期。不少煤炭企業(yè)都開始探索智能化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展策略，但由于受到煤礦開采環(huán)境特殊性的影響，企業(yè)無法對(duì)煤礦生產(chǎn)進(jìn)行可靠、有效和及時(shí)的監(jiān)控，這就需要積極引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，推動(dòng)煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程[1]。

1 煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的原因

煤礦本就屬于高危行業(yè)，而且開采的環(huán)境比較特殊，因此怎樣對(duì)煤礦精確全面有效的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控，強(qiáng)化安全生產(chǎn)成為不少煤礦工作人員關(guān)注的重點(diǎn)。與此同時(shí)煤炭行業(yè)的發(fā)展還需要在實(shí)際生產(chǎn)的過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的綜合利用，這些都是阻礙煤礦行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包含多項(xiàng)核心技術(shù)，以此為基礎(chǔ)構(gòu)架覆蓋煤礦管理、安全和生產(chǎn)控制等多個(gè)層面的自動(dòng)化系統(tǒng)具有明顯的必要性[2]。

2 以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容闡述

2.1 系統(tǒng)的具體配置

引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)主要目的為了幫助用戶解決問題，需要先改造原先井下的生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而建立起通風(fēng)系統(tǒng)、電氣設(shè)備系統(tǒng)以及工作面的監(jiān)控系統(tǒng)等，所有的子系統(tǒng)都匯總在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上進(jìn)行觀測(cè)，關(guān)注電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及井下的開采環(huán)境。圖1為基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)總構(gòu)架圖：在下圖所呈現(xiàn)出的自動(dòng)化系統(tǒng)中可以看到核心交換機(jī)有2臺(tái)，它們所負(fù)責(zé)的是對(duì)交換主干網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。另外還具有歷史記錄存儲(chǔ)服務(wù)器、安全信息采集器等以及防火墻等，有效防止外來信息的入侵。本系統(tǒng)的軟件配置為微軟公司提供數(shù)據(jù)庫及OPC的通信協(xié)議。系統(tǒng)的通信介質(zhì)均為光線，地面包含監(jiān)控中心、變電站、污水處理系統(tǒng)以及人員定位中心、視頻中心等，所有的系統(tǒng)都被接入到地面控制中心的環(huán)網(wǎng)上。井下相關(guān)系統(tǒng)包含配電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)以及皮帶綜保系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)則是接在地下環(huán)網(wǎng)上。采用此種配置模式，可以確保數(shù)據(jù)的安全可靠傳輸，操作起來也較為方便。

2.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)中包含設(shè)備、控制和信息層，每個(gè)層面分別負(fù)責(zé)不同的職能[3]。其中，設(shè)備層主要連接網(wǎng)絡(luò)底層設(shè)備和控制器；控制層負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和正確，具有報(bào)文船從功能和閉鎖功能等；信息層則是實(shí)現(xiàn)編程和軟件等控制，進(jìn)行煤炭企業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)對(duì)話。

2.3 系統(tǒng)的特點(diǎn)表現(xiàn)

本系統(tǒng)的具體特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：第一，核心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)網(wǎng)冗余，確保煤礦井下獲得的生產(chǎn)數(shù)據(jù)具有可靠性和穩(wěn)定性；第二，系統(tǒng)中設(shè)置的安全信息采集服務(wù)器所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)分別來自不同的工作子系統(tǒng)中，服務(wù)器也具備查詢歷史記錄的作用，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，便于開展生產(chǎn)環(huán)境的分析工作；第三，借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，企業(yè)和用戶可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)瀏覽；第四，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)具備雙保險(xiǎn)，安裝專門的殺毒軟件和硬件防火墻，有效的防治非法用戶和病毒的入侵；第五，該系統(tǒng)架構(gòu)為雙重架構(gòu)，不僅具有基于瀏覽器的B/S架構(gòu)而且還有基于客戶端的C/S架構(gòu)，以此來為數(shù)據(jù)的流暢和高速傳輸提供保障。

2.4 系統(tǒng)的接入方式

本系統(tǒng)所采用的接入方式分別根據(jù)子系統(tǒng)的不同選擇不同的接入方式：管控網(wǎng)絡(luò)單元服務(wù)器所設(shè)置的接入方式為OPC協(xié)議，能夠和服務(wù)器進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)交換，采用與工作面橋接的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存取。地面控制中心和其他的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)只對(duì)WINCC組態(tài)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單開發(fā)，連接起來難度較小。煤礦的井下采用了不少CAN總線通信方式設(shè)備，由于需要實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，所以并不能直接連接到以太網(wǎng)交換機(jī)中，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將數(shù)據(jù)統(tǒng)一的傳輸?shù)叫畔⒉杉?wù)器中。

2.5 系統(tǒng)的功能表現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)功能表現(xiàn)如下：（1）集中控制工作面子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)需要借助于物聯(lián)網(wǎng)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)?？梢杂行У膶?shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的測(cè)試、復(fù)位和停止、啟動(dòng)等。比如地面控制中心的響應(yīng)時(shí)間只有10s，在這段時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)程編程借助于組態(tài)軟件對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，排除故障，轉(zhuǎn)換運(yùn)行狀態(tài)和電動(dòng)操作等。另外，該系統(tǒng)能夠自主的集中自動(dòng)監(jiān)控主風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，比如風(fēng)機(jī)的溫度、頻率和電壓、電機(jī)的功率、風(fēng)機(jī)入口靜壓、流速等。（2）顯示功能，系統(tǒng)可以對(duì)井下各種工作面的子系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示，包含變電所、工作面、泵房、風(fēng)機(jī)和膠帶機(jī)等。一旦發(fā)現(xiàn)這些系統(tǒng)出現(xiàn)異常，自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出文字或者語音勁爆，方便控制室人員和現(xiàn)場(chǎng)的人員及時(shí)采取處理措施。比如系統(tǒng)對(duì)井上變電站的檢測(cè)過程中，可以全面的顯示出變電設(shè)備的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，控制中心可以根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況來進(jìn)行遠(yuǎn)程合分閘的相應(yīng)操作。與此同時(shí)，設(shè)備的電流、電壓和功率等也會(huì)被顯示出來。（3）故障自動(dòng)診斷功能，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的判斷工作面各個(gè)子系統(tǒng)中的設(shè)備故障，而且可以對(duì)其位置和故障原因等進(jìn)行確定和分析，發(fā)出語音警報(bào)，最后匯總打印成圖像。該系統(tǒng)可以保存一年中的故障記錄，可以幫助管理員分析和查詢歷史記錄。

該系統(tǒng)中的傳輸速率為1000Mbit/s，主要結(jié)合了我國當(dāng)前煤礦開采的實(shí)際情況，結(jié)合環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化控制平臺(tái)，確保地上和低下數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃?，為了確保安全性能，本系統(tǒng)所采用的連接設(shè)備為礦用隔爆設(shè)備。為了確保煤礦原有自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定，本次系統(tǒng)通過協(xié)議和接口的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間的聯(lián)合，最終構(gòu)成一個(gè)整體系統(tǒng)。信息集成平臺(tái)為本系統(tǒng)的核心要素，各個(gè)工作面子系統(tǒng)的無縫連接可以借助OPC協(xié)議、WINCC組態(tài)團(tuán)建等實(shí)現(xiàn)。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果分析

為了驗(yàn)證基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性，將其具體應(yīng)用于具體的煤礦中分析其應(yīng)用效果。通過該系統(tǒng)在某煤礦中的應(yīng)用結(jié)果發(fā)現(xiàn)，煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)在引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后可以更好的實(shí)現(xiàn)信息共享，提高煤礦生產(chǎn)的安全性，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行更好的調(diào)度和監(jiān)控。本次系統(tǒng)中采用了環(huán)型光纖工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，在故障之后可以自動(dòng)恢復(fù)，恢復(fù)時(shí)間一般都在300ms之內(nèi)。當(dāng)前不少煤礦中所采用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)或者非環(huán)形工業(yè)技術(shù)，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障就需要維修，恢復(fù)時(shí)間也需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，通常為半個(gè)小時(shí)。由此看來該系統(tǒng)的應(yīng)用，使維修的時(shí)間大大減少，而且而實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間信息的連接和共享，避免出現(xiàn)信息孤島現(xiàn)象，使最終的集成程度大大提高。

4 總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其自身具備的優(yōu)越性被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，而在煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則可以減少系統(tǒng)故障維修時(shí)間，實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)之間的信息共享，確保井下井上數(shù)據(jù)的順利傳輸，節(jié)省了人力和財(cái)力，使該系統(tǒng)的可靠性得到提高，值得在煤礦中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

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