WIFI技術(shù)在綜采設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用

張文書

（山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

引言

隨著礦井現(xiàn)代化、自動化建設(shè)的不斷推進(jìn)，井下機(jī)電設(shè)備自動化程度不斷提升，為礦井實(shí)現(xiàn)減人增效目標(biāo)創(chuàng)造了良好條件[1-3]?，F(xiàn)階段多數(shù)煤礦井下已鋪設(shè)有工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，地面監(jiān)控中心工作人員可遠(yuǎn)程掌握各關(guān)鍵位置（輸送機(jī)機(jī)頭、轉(zhuǎn)載機(jī)、水泵房等）設(shè)備運(yùn)行情況。受到井下環(huán)境影響，綜采設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)采用有線鋪設(shè)時(shí)需要作業(yè)人員頻繁移動電纜，不僅增加了作業(yè)人員工作強(qiáng)度而且容易導(dǎo)致線纜損壞[4-7]。為此，提出將WIFI技術(shù)應(yīng)用到該綜采設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸中，以避免在綜采工作面內(nèi)鋪設(shè)大量的線纜，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

1 WIFI技術(shù)及傳輸天線

WIFI技術(shù)在民用、地面企業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，主要結(jié)構(gòu)包括有AP（無線訪問節(jié)點(diǎn)）、無線網(wǎng)卡（CPE）等構(gòu)成。配備有無線網(wǎng)卡的電子設(shè)備均可通過AP傳輸數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段天線種類繁多，根據(jù)綜采工作面環(huán)境以及使用需要，選用板狀基站天線作為無線信號傳輸及發(fā)射天線[8]。板狀基站天線具備密封性能可靠、增益高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可適應(yīng)綜采工作面惡劣且復(fù)雜環(huán)境。具體板狀基站天線技術(shù)指標(biāo)見表1。

2 現(xiàn)場實(shí)施及關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

井下采面綜采設(shè)備WIFI通信的主要通道為已有的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，整個(gè)通信系統(tǒng)的框架是以Ethernet接口為基礎(chǔ)的TCP/IP協(xié)議，在綜采工作面采用WIFI無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步延伸通信系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)無線傳輸與有線傳輸間的融合，具體綜采工作面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1。在綜采工作面布置無線傳輸網(wǎng)絡(luò)為已有的有線傳輸擴(kuò)展，無線基站間采用有線連接方式，從而提升無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并具備低延時(shí)特點(diǎn)。

表1 板狀基站天線技術(shù)指標(biāo)

圖1 綜采工作面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在綜采工作面內(nèi)布置的WIFI網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)對全覆蓋，實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。在采面內(nèi)布置的WIFI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、UPS電源、板狀基站天線等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)接收、發(fā)送等功能。

2.2 無線基站

在綜采工作面采用的無線網(wǎng)絡(luò)綜合VOIP技術(shù)、WIFI技術(shù)、無線定位技術(shù)以及視頻解碼接收，可實(shí)現(xiàn)視頻通話、無線定位、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。采用的無線基站型號為KF15-F1,基站工作頻率為2.4 GHz，發(fā)射功率100 mW，滿足IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)要求，數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到54 Mbps，可適應(yīng)綜采工作面高粉塵、瓦斯等環(huán)境?；局С鯟PE、AP以及橋接等多種無線傳輸方式。選用的KF15-F1無線基站額定工作電流、電壓分別為800 mA、12 V，有效覆蓋半徑可達(dá)500 m，采用TCP/IP通信協(xié)議，是井下綜采工作面無線信號的接入點(diǎn)。

2.3 綜采設(shè)備機(jī)載無線通信模塊硬件結(jié)構(gòu)

綜采工作面主要設(shè)備為JOY生產(chǎn)的采煤機(jī)、采煤機(jī)液壓支架以及刮板輸送機(jī)等，在綜采設(shè)備原有的傳輸傳輸接口基礎(chǔ)上增加布置基于WIFI無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的CPE設(shè)備用以采集采煤機(jī)、液壓支架以及刮板輸送機(jī)等設(shè)備電控箱數(shù)據(jù)，并通過WIFI網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給AP單元，AP單元與采面設(shè)備列車上的核心交換機(jī)連接，經(jīng)過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)控中心。具體采煤機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程見圖2。

圖2 采煤機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程

天線是無線信號傳輸?shù)闹饕瞻l(fā)設(shè)備，其運(yùn)行效率直接影響無線設(shè)備使用方式以及通信能力。在采煤機(jī)上布置的無線網(wǎng)卡（CPE）天線采用玻璃鋼全向天線，采用水平方式布置在采煤機(jī)頂護(hù)板下側(cè)。采面機(jī)頭、機(jī)尾布置的無線基站（AP）天線采用低剖面板狀天線，并布置懸吊安裝到機(jī)尾、端頭支架上。

3 實(shí)現(xiàn)功能分析

將WIFI技術(shù)應(yīng)用到采面綜采設(shè)備監(jiān)測設(shè)備傳輸中，可有效解決采煤機(jī)、液壓支架等綜采設(shè)備移動過程中線纜破斷或者調(diào)制解調(diào)器故障等導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)無法及時(shí)上傳等問題，可實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠傳輸。在機(jī)頭、機(jī)尾等相對固定位置安裝通信站可進(jìn)一步擴(kuò)展綜采工作面無線傳輸功能，為后續(xù)安裝視頻監(jiān)控設(shè)備創(chuàng)造條件。

綜采工作面通過WIFI技術(shù)實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)無線傳輸后，監(jiān)控中心可掌握采煤機(jī)等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信息等，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的或者潛在故障。具體采煤機(jī)監(jiān)測畫面見圖3。

4 結(jié)語

圖3 采煤機(jī)監(jiān)測畫面

將無線WIFI技術(shù)應(yīng)用到井下綜采設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸中，可有效避免傳統(tǒng)有線傳輸方式存在線纜頻繁移動、容易破損以及調(diào)制解調(diào)器容易損壞等問題，同時(shí)WIFI網(wǎng)絡(luò)具有便于部署、組網(wǎng)靈活、實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)。將綜采工作面內(nèi)布置的WIFI網(wǎng)絡(luò)與井下已經(jīng)有工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合，地面調(diào)度中心可實(shí)時(shí)掌握采煤機(jī)等設(shè)備參數(shù)，便于管理。通過在綜采工作面布置WIFI無線網(wǎng)絡(luò)可為后續(xù)綜采工作面自動化生產(chǎn)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等功能的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。