基于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)礦井運輸設備的狀態(tài)監(jiān)測

　　摘要：在對物聯(lián)網(wǎng)基本概念研究的基礎上，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)對機電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的總體框架。分別以帶式輸送機和提升機為例，在研究其常見故障和監(jiān)測方法的基礎上，分別設計了其各自的運行狀態(tài)監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為保障煤礦設備及人員的安全奠定了基礎。

　　關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)帶式輸送機無線傳感器網(wǎng)絡提升機狀態(tài)監(jiān)測

　　引言礦井機電設備為煤礦生產(chǎn)的核心，包括煤礦工作面的開采、運輸以及提升等。在當前計算機水平、控制策略不斷進步的同時，綜采工作面不斷朝著機械化、現(xiàn)代化、智能化的方向發(fā)展，其中離不開對工作面機電設備運行狀態(tài)參數(shù)的掌握。目前，礦井機電設備的監(jiān)測主要基于以太網(wǎng)來實現(xiàn)[1]。但是，在實際應用中基于以太網(wǎng)的無線或有線通信方式由于現(xiàn)場布線困難或工作面太長等問題導致其應用存在較大局限性，且投入的成本也較大。為此，本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對礦井機電設備運行狀態(tài)的監(jiān)測，并重點對礦井運輸系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)測。

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

　　1基于物聯(lián)網(wǎng)礦井機電設備狀態(tài)監(jiān)測的總體設計

　　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)議將設備、產(chǎn)品等與互聯(lián)網(wǎng)進行智能化的通信，對數(shù)據(jù)進行準確交換。物聯(lián)網(wǎng)的本質屬性進一步提升了人們生產(chǎn)和生活的智能水平。從結構及功能方面，可將物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層。以礦井生產(chǎn)為例，感知層主要功能為通過所配置的各類傳感器對現(xiàn)場機電設備的運行參數(shù)進行采集;網(wǎng)絡層的主要功能為通過WIFI傳輸技術將所采集的參數(shù)傳輸至上位機;應用層主要功能是將上傳至上位機的數(shù)據(jù)進行分析處理并得出相應的控制指令。

　　從技術層面分析，結合物聯(lián)網(wǎng)各層的功能，其涉及到的關鍵技術包括傳感器感知技術、網(wǎng)絡傳輸技術、遠程監(jiān)控技術以及數(shù)據(jù)分析處理技術等[2]。對于礦井生產(chǎn)而言，目前物聯(lián)網(wǎng)主要應用于工作面的可視化監(jiān)控系統(tǒng)、井下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、電力監(jiān)測系統(tǒng)等。

　　1.2礦井機電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的總體框架

　　在煤礦生產(chǎn)的眾多機電設備中，可將其粗略分為移動設備和固定設備。其中，對于移動機電設備狀態(tài)監(jiān)測的難點在于對傳感器的布置，目前主要采用功率傳感器或高速紅外CCD相機實現(xiàn)。而對于固定機電設備而言，主要將傳感器固定安裝于容易發(fā)生故障的位置或與機電設備核心部位相近的位置。

　　鑒于固定傳感器在機電設備狀態(tài)監(jiān)測應用的局限性，選用無線傳感器網(wǎng)絡技術實現(xiàn)對傳感器的布置，并基于WSN網(wǎng)絡技術形成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，最終通過以太網(wǎng)完成所有數(shù)據(jù)的傳輸。此外，基于以太網(wǎng)實現(xiàn)對礦井機電設備狀態(tài)監(jiān)測，是在原有工業(yè)以太網(wǎng)的基礎上，將WSN技術、紅外射頻以及電子標簽技術添加到其中，最終搭建基于以太網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡的監(jiān)測系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對礦井機電設備運行狀態(tài)參數(shù)的無縫監(jiān)測。本文將重點以帶式輸送機、提升機等為載體研究基于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對其運行狀態(tài)的監(jiān)測。

　　2基于物聯(lián)網(wǎng)對帶式輸送機運行狀態(tài)的監(jiān)測

　　2.1帶式輸送機故障的監(jiān)測方法

　　帶式輸送機為煤礦生產(chǎn)工作面主要運輸設備，在實際生產(chǎn)中其常見的故障為輸送帶打滑、斷裂、總線撕裂、堆煤等故障。本著通過建立基于物聯(lián)網(wǎng)的帶式輸送機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提升對設備故障的精確、及時掌握，避免事故的擴大，保障設備及人員的安全性[3]。同時，為保證監(jiān)測結果的準確性，需為各種故障配置有效的檢測手段，具體如下：

　　1)針對輸送帶斷裂的故障，采用X射線高頻高壓發(fā)生器與CMOS探測器實現(xiàn)對故障信息的在線測試和顯示。2)針對輸送帶縱向撕裂的故障，采用光電傳感器與CCD工業(yè)相機相結合的方式對故障進行預警和控制。3)針對輸送帶跑偏的故障，采用霍爾開關傳感器與輸送帶跑偏開關相配合，在對設備滾筒轉速和輸送帶運行速度監(jiān)測的基礎上，對故障進行監(jiān)測。此外，還配置了GUD1型礦用本安型堆煤傳感器對輸送帶的堆煤故障進行監(jiān)測;配置KGN1-B本安型煙霧傳感器對現(xiàn)場的煙霧濃度超標情況進行報警。

　　2.2基于物聯(lián)網(wǎng)帶式輸送機故障監(jiān)測功能的實現(xiàn)鑒于針對輸送帶故障監(jiān)測中應用到的探測器和工業(yè)相機的數(shù)據(jù)量極大，采用光纖網(wǎng)絡對其采集到的數(shù)據(jù)進行傳輸;其他傳感器所采集到的數(shù)據(jù)采用無線傳感器網(wǎng)絡進行傳輸。一般，無線傳感器網(wǎng)絡所獲取的數(shù)據(jù)是通過在工作面主巷道內(nèi)安裝的接收器進行中轉被傳輸至以太網(wǎng)，最終被上傳至全礦調度信息系統(tǒng)。

　　3基于物聯(lián)網(wǎng)對提升機運行狀態(tài)的監(jiān)測

　　提升機同樣作為煤礦生產(chǎn)的主要運輸設備之一，對其故障及運行參數(shù)精準、及時監(jiān)測尤為重要。結合提升機在實際應用的經(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)測系統(tǒng)可對電氣設備電流及電壓、液壓系統(tǒng)壓力、主軸的振動信號、制動系統(tǒng)的閘瓦間隙和偏擺量等運行參數(shù)進行監(jiān)測[4]。

　　為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，對運行及故障參數(shù)監(jiān)測傳感器選型時需綜合考慮監(jiān)測的靈敏度、線性度、精度以及分辨力等參數(shù)。傳感器的選型結果如下：針對液壓系統(tǒng)壓力采用MDM4951壓力變送器實現(xiàn);針對液壓系統(tǒng)液壓油溫度采用JWB/Pt100溫度變送器實現(xiàn);采用提升機電機主軸上安裝的編碼器與深度指示器實現(xiàn)對提升速度的監(jiān)測;采用限位開關對提升機制動系統(tǒng)閘瓦間隙和閘瓦的磨損情況進行監(jiān)測，具體型號為YDYT9800型電渦流位移傳感器;針對主軸的振動采用YD9800電渦流位移傳感器對其振動位移量進行監(jiān)測。各類傳感器對提升機故障及運行狀態(tài)參數(shù)的采集，所獲取的數(shù)據(jù)通過礦井的基站傳遞至整個礦井的監(jiān)測中心。同時，操作人員還可通過手機對提升機的實時運行參數(shù)進行監(jiān)測。

　　4結論

　　實現(xiàn)對礦井生產(chǎn)中涉及到的機電設備運行參數(shù)及故障信息的監(jiān)測，對于保證設備及人員安全具有重要意義。傳統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測基于以太網(wǎng)為核心實現(xiàn)，該種方式存在監(jiān)測不到位、成本高的問題[5]。為適應惡劣環(huán)境下煤礦機電設備運行狀態(tài)的精準、實時監(jiān)測，本文基于物聯(lián)網(wǎng)分別建立提升機和帶式輸送機的監(jiān)測系統(tǒng)，并總結如下：1)基于物聯(lián)網(wǎng)中的關鍵GPRS、WSN以及紅外射頻技術為核心建立的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可推動煤礦企業(yè)智能化和自動化發(fā)展;同時，基于GPRS傳輸技術可在低成本下實現(xiàn)對機電設備直觀的監(jiān)測;2)在實踐應用中，采用以光電傳感器和CCD工業(yè)相機對輸送帶縱向撕裂故障的監(jiān)測，可極大降低由縱向撕裂所帶來的損失;3)基于物聯(lián)網(wǎng)建立的機電設備故障監(jiān)測系統(tǒng)可提供友好的人機界面，且具有良好的監(jiān)測實時性。

　　參考文獻

　　[1]佟俐，潘宏俠，胡田.基于LabVIEW的機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)[J].儀表技術與傳感器，2008(7)：34-35.

　　[2]段晨東，何正嘉.第2代小波變換及其在機電設備狀態(tài)監(jiān)測中的應用[J].西安交通大學學報，2005(7)：695-698.

　　[3]孟磊，丁恩杰，吳立新.基于礦山物聯(lián)網(wǎng)的礦井突水感知關鍵技術研究[J].煤炭學報，2013，38(8)：1397-1403.

　　[4]劉振華，徐緒堪.基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦機電設備智能管理平臺設計[J].工礦自動化，2019，45(4)：101-104.

　　作者：李思旺

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