物联网在煤矿业的作用

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物联网技术在煤矿企业的应用建设主要表现在3个方面：（1）对实时信息的采集技术；（2）对信息的有效处理与构建技术；（3）对传感网系统的有效控制、实时预警与有效重构技术，以上3个方面构成了目前物联网技术为核心的现代煤矿企业的自动化核心体现结构。煤矿灾害发生的区域和时间均具有未知性，并且煤矿处于动态开采过程中，要感知这些灾害产生的前兆信息，只能采用符合煤矿生产特点的基于无线传感器网络的分布式、可移动和自组网的信息采集方式。需要研究煤矿物联网关键技术，构建动态的感知煤矿灾害状况、感知设备健康状态、感知人员安全环境等信息感知与处理平台。

煤矿物联网3层结构功能设计

1感知与控制层

根据煤矿作业的特点，本层由2层网络组成：骨干传输网和感知层网络。（1）骨干网功能与要求骨干网为网络化的煤矿监测与控制系统、语音信号及视频信号传输与管理提供了信息高速公路。各种控制子系统、工业电视、大屏幕、预警系统等显示的数据与画面信息均需要骨干网中传输的数据予以支持。骨干传输网与矿山综合自动化骨干传输网基本相同，使用防爆1000M工业以太网。对骨干网的总体要求：①煤矿各种信息均能融入骨干网进行传输，即能实现矿山的三网合一；②对于各种网络故障，系统应该进行快速自愈，一般要求系统重构时间小于300ms，从而保证系统运行的稳定与安全性；③建立虚拟专用的网络系统，有效保证各监控系统的有效隔离，防止互相干扰，保证其独立有效运行。（2）感知网功能与要求主要是无线网络，对于井下地理信息状况、地质状态分布、企业内部的管理、加工和运输等状况信息均需要移动的感知。引发煤矿事故的灾害源如瓦斯、矿压、透水等均散布在尚未开采的地层中，且具有流动性，开采扰动会造成它们相对集中，演化为灾害前兆事件。但随着开采的进行，灾害源集中的地点、强度、显示度及危害程度也在不断的发生变化，而灾害事故的产生却具有突发性。显然，无法用固定的接触式传感器直接监测灾害源，只能通过对前兆事件发生时通过地层传播出来的物理量（如电磁幅射、声发射等）进行监测和识别、处理，但传播这些物理量的地层也具有不确定性，需要随时能移动的无线分布式感知手段。

2信息集成与MES层

信息集成与MES层关键是建立统一的数据仓库平台，煤矿内部不同设备与工艺需要不同的控制子系统，各个子系统中的数据需要具备统一的数据格式，从而减少数据冗余，形成有效数据共享。例如，在整个煤矿安全生产运行情况的评价体系中，井下气体成分与比例、井下水位情况、风机运转情况及电力设施情况等数据需要有统一的描述形式，实现合理地有效存储。由于控制子系统众多，数据复杂，为了便于将来的数据分析与挖掘，需要利用数据仓库良好的数据存储能力，同时使用OLAP联机分析处理工具，实现数据有效的综合分析，统一合理的数据，是实现MES层功能的首要基础。

3管理决策与应用层

管理决策与应用层主要是各种软件应用模块。反应煤矿及相应状态的数据信息经过中间层的转化后，利用这些信息可以直观地、实时地描述煤矿企业内部的生产过程，减少生产故障的产生，提高经济效率。管理决策与应用层中的各种软件应用模块，如煤矿安全生产自动控制系统、煤矿灾害预警系统、采掘设备监控系统等模块，根据企业内部的需要可以进行增减调整，这些模块通过企业内部Intranet，可以为企业不同部门提供较好的功能应用。

井下感知层骨干网络平台构建

整个煤矿井下骨干网为1000M工业以太环网构建，其优点是可以保证整个系统信息传输的稳定性与可靠性，尤其是当传输线路由于外界原因遭到破坏时，以太网可以快速诊断发生故障的位置，及时自愈，保证系统的正常工作。各个子控制系统中使用的现场总线通过相应接口接入骨干以太网，另外有线IP电话、无线移动电话等其他通信设备都接入该网络，系统预留工业以太网接口，便于以后系统升级与改造。

作者：韩毅尚鹏单位：安阳工学院