物联网技术在煤矿自动化系统中的运用

田华

摘 要：物联网是互联网技术发展到新阶段的产物，也为人们的生产和生活带来了更多的便利。随着物联网技术的普及，在煤矿自动化系统中也得到应用，对全矿区的设施、设备、物资和人员等进行监控和管理，具备多方面的优势。本文将对物联网技术在煤矿自动化系统中的设计方法和应用效果进行详细分析。

关键词：物联网技术；煤矿自动化系统；运用

我国煤炭事业蓬勃发展，当前随着新能源的大力开发和应用，煤炭行业进入到了转型发展时期。不少煤炭企业都开始探索智能化、自动化和网络化的发展策略，但由于受到煤矿开采环境特殊性的影响，企业无法对煤矿生产进行可靠、有效和及时的监控，这就需要积极引进物联网技术，推动煤矿自动化系统的发展进程[1]。

1 煤矿自动化系统引入物联网技术的原因

煤矿本就属于高危行业，而且开采的环境比较特殊，因此怎样对煤矿精确全面有效的监测和监控，强化安全生产成为不少煤矿工作人员关注的重点。与此同时煤炭行业的发展还需要在实际生产的过程中实现对信息的综合利用，这些都是阻碍煤矿行业可持续发展的重要因素。而物联网技术包含多项核心技术，以此为基础构架覆盖煤矿管理、安全和生产控制等多个层面的自动化系统具有明显的必要性[2]。

2 以物联网技术为基础的煤矿自动化系统相关内容阐述

2.1 系统的具体配置

引入物联网技术的煤矿自动化系统主要目的为了帮助用户解决问题，需要先改造原先井下的生态系统，进而建立起通风系统、电气设备系统以及工作面的监控系统等，所有的子系统都汇总在统一的网络平台上进行观测，关注电气设备的运行状态以及井下的开采环境。图1为基于物联网技术的煤矿自动化系统总构架图：在下图所呈现出的自动化系统中可以看到核心交换机有2台，它们所负责的是对交换主干网络数据。另外还具有历史记录存储服务器、安全信息采集器等以及防火墙等，有效防止外来信息的入侵。本系统的软件配置为微软公司提供数据库及OPC的通信协议。系统的通信介质均为光线，地面包含监控中心、变电站、污水处理系统以及人员定位中心、视频中心等，所有的系统都被接入到地面控制中心的环网上。井下相关系统包含配电系统、给排水系统以及皮带综保系统等，这些系統则是接在地下环网上。采用此种配置模式，可以确保数据的安全可靠传输，操作起来也较为方便。

2.2 系统的结构

基于物联网技术的煤礦自动化系统中包含设备、控制和信息层，每个层面分别负责不同的职能[3]。其中，设备层主要连接网络底层设备和控制器；控制层负责网络中数据的实时和正确，具有报文船从功能和闭锁功能等；信息层则是实现编程和软件等控制，进行煤炭企业和物联网的系统对话。

2.3 系统的特点表现

本系统的具体特点表现为以下几个方面：第一，核心交换机实现整个环网冗余，确保煤矿井下获得的生产数据具有可靠性和稳定性；第二，系统中设置的安全信息采集服务器所存储的数据分别来自不同的工作子系统中，服务器也具备查询历史记录的作用，对各个子系统的历史数据进行查询，便于开展生产环境的分析工作；第三，借助于物联网技术，企业和用户可以进行数据的实时浏览；第四，物联网技术的煤矿自动化系统具备双保险，安装专门的杀毒软件和硬件防火墙，有效的防治非法用户和病毒的入侵；第五，该系统架构为双重架构，不仅具有基于浏览器的B/S架构而且还有基于客户端的C/S架构，以此来为数据的流畅和高速传输提供保障。

2.4 系统的接入方式

本系统所采用的接入方式分别根据子系统的不同选择不同的接入方式：管控网络单元服务器所设置的接入方式为OPC协议，能够和服务器进行直接的数据交换，采用与工作面桥接的方式实现数据的实时存取。地面控制中心和其他的数据库系统只对WINCC组态软件进行简单开发，连接起来难度较小。煤矿的井下采用了不少CAN总线通信方式设备，由于需要实时采集数据，所以并不能直接连接到以太网交换机中，需要进行转换，再将数据统一的传输到信息采集服务器中。

2.5 系统的功能表现

基于物联网技术的煤矿自动化系统功能表现如下：（1）集中控制工作面子系统，该子系统功能的实现需要借助于物联网组态软件实现。可以有效的实现电气设备的测试、复位和停止、启动等。比如地面控制中心的响应时间只有10s，在这段时间内远程编程借助于组态软件对电气设备进行保护，排除故障，转换运行状态和电动操作等。另外，该系统能够自主的集中自动监控主风机的各项参数，比如风机的温度、频率和电压、电机的功率、风机入口静压、流速等。（2）显示功能，系统可以对井下各种工作面的子系统信息进行显示，包含变电所、工作面、泵房、风机和胶带机等。一旦发现这些系统出现异常，自动化系统就会发出文字或者语音劲爆，方便控制室人员和现场的人员及时采取处理措施。比如系统对井上变电站的检测过程中，可以全面的显示出变电设备的参数和运行状态，控制中心可以根据实际的运行情况来进行远程合分闸的相应操作。与此同时，设备的电流、电压和功率等也会被显示出来。（3）故障自动诊断功能，基于物联网技术的煤矿自动化系统可以准确的判断工作面各个子系统中的设备故障，而且可以对其位置和故障原因等进行确定和分析，发出语音警报，最后汇总打印成图像。该系统可以保存一年中的故障记录，可以帮助管理员分析和查询历史记录。

该系统中的传输速率为1000Mbit/s，主要结合了我国当前煤矿开采的实际情况，结合环网冗余技术构建物联网自动化控制平台，确保地上和低下数据信息传输的可靠性，为了确保安全性能，本系统所采用的连接设备为矿用隔爆设备。为了确保煤矿原有自动化系统的可靠和稳定，本次系统通过协议和接口的标准化实现不同子系统之间的联合，最终构成一个整体系统。信息集成平台为本系统的核心要素，各个工作面子系统的无缝连接可以借助OPC协议、WINCC组态团建等实现。

3 物联网技术为基础的煤矿自动化系统实际应用效果分析

为了验证基于物联网技术设计的煤矿自动化系统的可行性和实用性，将其具体应用于具体的煤矿中分析其应用效果。通过该系统在某煤矿中的应用结果发现，煤矿自动化系统在引入物联网技术之后可以更好的实现信息共享，提高煤矿生产的安全性，对整个生产过程进行更好的调度和监控。本次系统中采用了环型光纤工业以太网技术，在故障之后可以自动恢复，恢复时间一般都在300ms之内。当前不少煤矿中所采用的现场总线技术或者非环形工业技术，系统一旦出现故障就需要维修，恢复时间也需要花费较长时间，通常为半个小时。由此看来该系统的应用，使维修的时间大大减少，而且而实现不同子系统之间信息的连接和共享，避免出现信息孤岛现象，使最终的集成程度大大提高。

4 总结

物联网技术以其自身具备的优越性被广泛应用于各行各业，而在煤矿自动化系统设计中引入物联网技术则可以减少系统故障维修时间，实现各个子系统之间的信息共享，确保井下井上数据的顺利传输，节省了人力和财力，使该系统的可靠性得到提高，值得在煤矿中推广使用。

参考文献

[1]王冲，赵志伟，刘志贺. 煤矿综合自动化中物联网技术的实现[J]. 煤炭技术，2012，（12）：268-270.

[2]黄成玉，李学哲，张全柱. 基于物联网技术的煤矿综合自动化系统[J]. 煤矿安全，2012，（09）：108-110.

[3]赵文涛，董君. 物联网技术在煤矿中的应用[J]. 微计算机信息，2011，（02）：121-122+74.