浅论矿井机电设备基于物联网的状态监测技术

付青青+刘明辉

摘要：矿井机电设备是煤矿企业的重要组成部分，是煤矿企业能够正常运行的核心，矿井机电设备的状态好坏将直接影响企业的利益，而其中的关键技术也是提升企业竞争力的重要因素。在物联网信息化的背景下，矿井机电设备的状态检测将依靠这种新型的载体实现现代化，并从中取得一定的效果。本文就从物联网的平台去研究矿井机电设备状态监测的关键技术取得的成果，并从中汲取经验，指导实践的更好运行。

关键词：煤矿井下；物联网；数据挖掘；机电设备状态监测

我国煤矿的开采大多为地下开采，地质复杂，工作环境十分恶劣，井下工作人员的生命财产安全难以得到有效保障，煤矿安全面临着重大的威胁。亟需加强煤矿生产安全监控，减少煤矿灾害事故发生，更好地应对事故发生后进行及时抢救被困井下工作人员，最大程度降低国家和煤矿企业的财产损失。然而现有的井下环境检测系统具有检测区域不全面、不能及时进行定位、扩展性差等不足。近年来，随着计算机互联网技术的快速发展，网络的应用和发展已经不能满足人与人之间正常沟通的需求，物与物之间通过网络的信息交互成为人们追求的方向。物物相连的互联网即物联网技术将大大推进社会的发展与进步，已经成为国内外研究的热点。物联网技术应用到煤矿井下环境监测系统中，将大大提高煤矿安全生产现状，对煤矿的安全生产和国民经济的发展具有重大的现实意义。

一、矿山物联网结构及其关键技术

物联网技术代表着信息技术发展的方向，是基于互联网高速发展起来的，被称为互联网技术革命史上的第三次革命，为促进互联网的发展和社会的向前发展起到巨大的推动作用，引起世界的广泛关注，物联网连接世界上成万上亿的物体。物体之间能够进行相互“交流”，不必受到人为的操控。本质就是物联网采用了RFID、无线通信技术等科学技术，完成事物间的通信、识别，但是物联网的概念还没有得到世界各界的统一。

（一）矿山物联网结构

从网络结构上矿山物联网自底向上分为3层，感知层、网络层和应用层（如图1）

（二）关键技术

感知层。作为物联网的核心技术，类似物联网的眼睛、手和皮肤，识别物体，获取包括环境状态、物体属性等信息，是联系信息世界和物理世界的纽带。感知层的组成包括各种硬件：RFID、GPS、条码扫描器等各种传感器。感知层的关键技术有无线通信技术、RFID技术等。

网络层。物联网的网络层类似生物体的中枢神经，进行消息的控制与传输，负责接受感知层的信息，进行相应的处理，并及时传送到应用层。网络层以互联网为基础，包括应用服务器和数据库等。网络层的关键技术有网络传送和融合技术、IP承载技术等。

应用层。物联网的应用层与目标需求结合，负责数据的显示、转换等，是物联网中的“实现者”，满足行业的各种需求。应用层分为两个子层，分别是：应用服务子层和支撑平台。前者是在后者的基础上，实现行业的具体应用，包括运输车辆、电力、环境监测等。后者提供包括数据处理在内的基础服务和各种接口服务，为资源的合理调度提供便利，实现在不同领域的应用。数据存储、挖掘时物联网应用层的关键技术。

二、设备监测物联网系统开发

（一）矿山设备状态监测物联网系统总体架构

物联网的设计与创建需要遵循特定的原则，主要包括以下几点：多样性、互联性、时空性、坚固性和安全性。其中，多样性原则指物联网传感节点类型不同，物联网体系结构也不同；互联性原则指物联网体系中各个目标对象能够达到无缝连接；时空性原则指物联网体系结构的设计需要满足对时间、空间的需求；坚固性原则指体系结构的稳固性；安全性原则指体系结构能正常运行，可抵御各种攻击。按照设计原则，物联网的创建需经历以下步骤：识別物体，创建被识别物体联网系统，应用平台的搭建及应用服务系统的实现。

（二）矿井提升机传感器网络组织

物联网涉及到对现实世界物体的感知，信息的获取、处理和显示，物联网是一门综合性很强的学科，技术领域包括计算机、传感器、网络与通信等。关键技术非常多，国际电信联盟物联网报告中，物联网的关键技术概括起来主要包括以下几个方面：RFID，传感器技术，智能技术和嵌入式技术。

物联网技术备受国内外关注，是一项新的数据获取、处理技术，已经在电力、交通、医疗等多个行业得到广泛应用。而煤矿井下地形十分复杂，煤矿开采过程中会遇到各种危险，进行矿井机电设备状态监测对煤矿安全生产意义重大。井下工作人员在开采区域工作一旦遇到紧急情况，井上救援人员需及时了解井下员工的位置轨迹信息，帮助救援工作的有效开展。鉴于此，研究并实现基于物联网的矿井机电设备状态监测系统，以无线传感器网络为支撑，将监测到的多种环境状态参数、工作人员位置等信息，汇聚后实时传送到地面监控中心，进行分析处理，为管理者提供数据支持。系统完成了煤矿安全监测系统功能模块的设计开发，实现了煤矿井下环境检测系统的数据实时采集、处理与传输、人员定位、环境监测与预警、信息共享等功能，提高煤矿生产的安全性。

（三）系统整合

物联网状态监测系统包括4部分，数据采集前端、设备接入层、广域网和上层应用平台系统构成，（如图2）

随着物联网技术的快速发展，为矿井机电设备状态监测提供有效的监测手段。在矿井下开采环境中，运行物联网技术实时监测井下机电设备状态指标，监控端实时显示监测到的基础信息，为煤矿井下机电设备状态监测的作业信息提供可靠的数据支持。我国煤矿众多，开采环境恶劣，迫切需要提高煤矿生产安全性。开发煤矿物联网井下机电设备状态监测系统，实现煤矿井下各种环境参数监测、预警、井下工作人员的定位和跟踪等功能，利于煤矿企业安全生产，提高煤矿生产的监管力度，提高煤矿发生事故后的救援效率，减少煤矿事故带来的经济损失，对保障煤矿井下工作人员的生命财产安全和煤矿企业的安全生产具有重大意义。

三、结语

（一）展望

我国煤矿存在生产人员密集、设备所处环境复杂、调度中心离生产部门距离远等特点，矿山设备的运转状况与工作人员的生命安全和企业效率息息相关，因此，对这些大型设备进行在线监测势在必行。随着分布式计算技术、无线通信技术和无线传感器技术等迅速发展，使物联网监测设备运行状态成为可能。基于物联网技术的矿山设备监测，有利于全而感知设备健康状态，能为煤矿企业做出恰当的维修方案提供指导，为设备故障处理提供依据。不仅提高了企业的总体效率，更重要的是降低煤矿灾害发生率，促进我国煤矿信息化的建设，也是煤矿安全开采，绿色开采的重要保障。

（二）努力方向

由于时间原因，本论文还存在不足，有待完善和改进。

1.煤矿井下矿井机电设备状态监测系统中的数据挖掘算法有待进一步优化，提高算法运行效率，本文的数据分析在实际工作中的应用做得还不丰富，还处于试验阶段，需要进一步根据实验环境做出改进，实现煤矿井下开采区域环境参数的预测功能，为煤矿安全生产提供决策支持；

2.本文开发的煤矿井下矿井机电设备状态监测系统，根据实际应用的需求，还需要进一步完善系统功能，比如健全GIS、SMS短信功能；

3.系统与实际煤矿井下生产环境还有一定的差距，实际井下生产环境会更加复杂，需要在实际应用中不断完善和改进。

【参考文献】

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