基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)礦井運(yùn)輸設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

　　摘要：在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)基本概念研究的基礎(chǔ)上，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體框架。分別以帶式輸送機(jī)和提升機(jī)為例，在研究其常見(jiàn)故障和監(jiān)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)了其各自的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為保障煤礦設(shè)備及人員的安全奠定了基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)帶式輸送機(jī)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

　　引言礦井機(jī)電設(shè)備為煤礦生產(chǎn)的核心，包括煤礦工作面的開(kāi)采、運(yùn)輸以及提升等。在當(dāng)前計(jì)算機(jī)水平、控制策略不斷進(jìn)步的同時(shí)，綜采工作面不斷朝著機(jī)械化、現(xiàn)代化、智能化的方向發(fā)展，其中離不開(kāi)對(duì)工作面機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的掌握。目前，礦井機(jī)電設(shè)備的監(jiān)測(cè)主要基于以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。但是，在實(shí)際應(yīng)用中基于以太網(wǎng)的無(wú)線或有線通信方式由于現(xiàn)場(chǎng)布線困難或工作面太長(zhǎng)等問(wèn)題導(dǎo)致其應(yīng)用存在較大局限性，且投入的成本也較大。為此，本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，并重點(diǎn)對(duì)礦井運(yùn)輸系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

　　物聯(lián)網(wǎng)論文范例： 基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的低壓配電臺(tái)區(qū)數(shù)據(jù)采集方案

　　1基于物聯(lián)網(wǎng)礦井機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的總體設(shè)計(jì)

　　1.1礦井物聯(lián)網(wǎng)概述

　　從廣義上講，物聯(lián)網(wǎng)是按照特定的協(xié)議將設(shè)備、產(chǎn)品等與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行智能化的通信，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確交換。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)屬性進(jìn)一步提升了人們生產(chǎn)和生活的智能水平。從結(jié)構(gòu)及功能方面，可將物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。以礦井生產(chǎn)為例，感知層主要功能為通過(guò)所配置的各類傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集;網(wǎng)絡(luò)層的主要功能為通過(guò)WIFI傳輸技術(shù)將所采集的參數(shù)傳輸至上位機(jī);應(yīng)用層主要功能是將上傳至上位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并得出相應(yīng)的控制指令。

　　從技術(shù)層面分析，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)各層的功能，其涉及到的關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)等[2]。對(duì)于礦井生產(chǎn)而言，目前物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用于工作面的可視化監(jiān)控系統(tǒng)、井下環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

　　1.2礦井機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體框架

　　在煤礦生產(chǎn)的眾多機(jī)電設(shè)備中，可將其粗略分為移動(dòng)設(shè)備和固定設(shè)備。其中，對(duì)于移動(dòng)機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)在于對(duì)傳感器的布置，目前主要采用功率傳感器或高速紅外CCD相機(jī)實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于固定機(jī)電設(shè)備而言，主要將傳感器固定安裝于容易發(fā)生故障的位置或與機(jī)電設(shè)備核心部位相近的位置。

　　鑒于固定傳感器在機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的局限性，選用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的布置，并基于WSN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，最終通過(guò)以太網(wǎng)完成所有數(shù)據(jù)的傳輸。此外，基于以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，是在原有工業(yè)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將WSN技術(shù)、紅外射頻以及電子標(biāo)簽技術(shù)添加到其中，最終搭建基于以太網(wǎng)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的無(wú)縫監(jiān)測(cè)。本文將重點(diǎn)以帶式輸送機(jī)、提升機(jī)等為載體研究基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

　　2基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)

　　2.1帶式輸送機(jī)故障的監(jiān)測(cè)方法

　　帶式輸送機(jī)為煤礦生產(chǎn)工作面主要運(yùn)輸設(shè)備，在實(shí)際生產(chǎn)中其常見(jiàn)的故障為輸送帶打滑、斷裂、總線撕裂、堆煤等故障。本著通過(guò)建立基于物聯(lián)網(wǎng)的帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提升對(duì)設(shè)備故障的精確、及時(shí)掌握，避免事故的擴(kuò)大，保障設(shè)備及人員的安全性[3]。同時(shí)，為保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需為各種故障配置有效的檢測(cè)手段，具體如下：

　　1)針對(duì)輸送帶斷裂的故障，采用X射線高頻高壓發(fā)生器與CMOS探測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信息的在線測(cè)試和顯示。2)針對(duì)輸送帶縱向撕裂的故障，采用光電傳感器與CCD工業(yè)相機(jī)相結(jié)合的方式對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警和控制。3)針對(duì)輸送帶跑偏的故障，采用霍爾開(kāi)關(guān)傳感器與輸送帶跑偏開(kāi)關(guān)相配合，在對(duì)設(shè)備滾筒轉(zhuǎn)速和輸送帶運(yùn)行速度監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，還配置了GUD1型礦用本安型堆煤傳感器對(duì)輸送帶的堆煤故障進(jìn)行監(jiān)測(cè);配置KGN1-B本安型煙霧傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的煙霧濃度超標(biāo)情況進(jìn)行報(bào)警。

　　2.2基于物聯(lián)網(wǎng)帶式輸送機(jī)故障監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)鑒于針對(duì)輸送帶故障監(jiān)測(cè)中應(yīng)用到的探測(cè)器和工業(yè)相機(jī)的數(shù)據(jù)量極大，采用光纖網(wǎng)絡(luò)對(duì)其采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸;其他傳感器所采集到的數(shù)據(jù)采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。一般，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所獲取的數(shù)據(jù)是通過(guò)在工作面主巷道內(nèi)安裝的接收器進(jìn)行中轉(zhuǎn)被傳輸至以太網(wǎng)，最終被上傳至全礦調(diào)度信息系統(tǒng)。

　　3基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)

　　提升機(jī)同樣作為煤礦生產(chǎn)的主要運(yùn)輸設(shè)備之一，對(duì)其故障及運(yùn)行參數(shù)精準(zhǔn)、及時(shí)監(jiān)測(cè)尤為重要。結(jié)合提升機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)常發(fā)生的故障及維修記錄，要求基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)電氣設(shè)備電流及電壓、液壓系統(tǒng)壓力、主軸的振動(dòng)信號(hào)、制動(dòng)系統(tǒng)的閘瓦間隙和偏擺量等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]。

　　為保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)運(yùn)行及故障參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器選型時(shí)需綜合考慮監(jiān)測(cè)的靈敏度、線性度、精度以及分辨力等參數(shù)。傳感器的選型結(jié)果如下：針對(duì)液壓系統(tǒng)壓力采用MDM4951壓力變送器實(shí)現(xiàn);針對(duì)液壓系統(tǒng)液壓油溫度采用JWB/Pt100溫度變送器實(shí)現(xiàn);采用提升機(jī)電機(jī)主軸上安裝的編碼器與深度指示器實(shí)現(xiàn)對(duì)提升速度的監(jiān)測(cè);采用限位開(kāi)關(guān)對(duì)提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)閘瓦間隙和閘瓦的磨損情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體型號(hào)為YDYT9800型電渦流位移傳感器;針對(duì)主軸的振動(dòng)采用YD9800電渦流位移傳感器對(duì)其振動(dòng)位移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。各類傳感器對(duì)提升機(jī)故障及運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的采集，所獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)礦井的基站傳遞至整個(gè)礦井的監(jiān)測(cè)中心。同時(shí)，操作人員還可通過(guò)手機(jī)對(duì)提升機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

　　4結(jié)論

　　實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井生產(chǎn)中涉及到的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及故障信息的監(jiān)測(cè)，對(duì)于保證設(shè)備及人員安全具有重要意義。傳統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)基于以太網(wǎng)為核心實(shí)現(xiàn)，該種方式存在監(jiān)測(cè)不到位、成本高的問(wèn)題[5]。為適應(yīng)惡劣環(huán)境下煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，本文基于物聯(lián)網(wǎng)分別建立提升機(jī)和帶式輸送機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并總結(jié)如下：1)基于物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵GPRS、WSN以及紅外射頻技術(shù)為核心建立的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可推動(dòng)煤礦企業(yè)智能化和自動(dòng)化發(fā)展;同時(shí)，基于GPRS傳輸技術(shù)可在低成本下實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備直觀的監(jiān)測(cè);2)在實(shí)踐應(yīng)用中，采用以光電傳感器和CCD工業(yè)相機(jī)對(duì)輸送帶縱向撕裂故障的監(jiān)測(cè)，可極大降低由縱向撕裂所帶來(lái)的損失;3)基于物聯(lián)網(wǎng)建立的機(jī)電設(shè)備故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可提供友好的人機(jī)界面，且具有良好的監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性。

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　　作者：李思旺

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