基于物聯網的礦山綜合監控系統應用研究

鮑士水

（安徽理工大學　地球與環境學院，安徽　淮南　232001）

?

基于物聯網的礦山綜合監控系統應用研究

鮑士水

（安徽理工大學地球與環境學院，安徽淮南232001）

摘要：隨著物聯網技術的快速發展及礦山資源的日益枯竭，結合生產的實際需要，構建基于物聯網的智慧礦山綜合監控系統，對礦區范圍的礦井通風、井下排水系統及選礦實施監測和自動化調度，實現管控一體化、綜合調度，以保證礦山開采的需求.為此，本文對基于物聯網的智慧礦山綜合監控系統進行分析研究，在綜合監控系統下，既可以有效解決自動化設備的故障診斷，也可以加強井下設備、人員及各個生產環節的協同管理.

關鍵詞：物聯網；智慧礦山；綜合監控系統；應用研究

煤礦開采是一項長期的、復雜的系統工程，面對現有煤礦井下開采人員、設備及生產環節的管理，隨著物聯網技術的普及與應用，建立基于物聯網的礦山綜合監控系統，具有十分重要的意義.同時，在物聯網技術基礎上，構建全覆蓋物聯網監控系統，這樣在新的管控平臺下，實現了智能控制、確保了工作人員的安全，同時也實現了井下無人化作業，有利于提高工作效率.

1　物聯網概述

物聯網也被稱為物物相連的互聯網，以互聯網為支撐，在協議的基礎上，通過融合全球定位技術、無線射頻技術、紅外線技術來實現遠程監控和管理.將物聯網技術應用于智慧礦山體系建設中，打破了原有礦山開采中信息孤島的問題，與原有的礦山監控系統相比，建立基于物聯網的智慧礦山監控系統，具有較大的優勢，既可以及時做出災害預警，也實現了智能化、自動化控制，對提高煤率和作業效率具有重要作用.通過設置各種傳感器設備及自動識別設備，及時感知井下電子機械設備、電纜及瓦斯的變化，通過物聯網將各種信息及時傳遞給監控人員，監控人員對傳輸的信息進行及時處理，為安全生產提供了系統性保障.

2　基于物聯網的礦山監控系統結構組成

如圖1所示，表示基于物聯網技術的礦山綜合監控系統，主要融合傳感器技術、自動化信息技術及通信技術，通過在現有自動化、數字化建設基礎上，實現物聯網的融合轉換和過渡銜接，以互聯網為支撐，以協議為保障，通過網絡協議的轉換，實現了與工業以太網的相互銜接，并構建了適應礦井安全生產的物聯網傳輸系統.在這種監控模式下，實現了人員的安全管理，同時也實現了安全生產及設備的實時監控及故障診斷等.

3　基于物聯網的礦山監控系統的實現

3.1預警軟件平臺

圖1　基于物聯網技術的智慧礦山綜合監控系統架構

結合物聯網的理論知識和構建思想，利用智能化系信息處理技術構建智慧礦山預警軟件平臺，實現礦山數據自動采集系統的構件，集成礦井環境產生的歷史，并建立數據庫.這樣在完整的數據庫中，可以對礦井所發生事故的內在機理進行研究.以專家經驗為基礎，以國家頒布的法律法規為依據，通過建立煤礦安全專家知識庫來實現礦井安全智能化故障診斷，利用智能化信息處理實現礦井動態預警，從而構建基于物聯網的智慧礦山預警軟件平臺[3].

3.2智慧礦山安全生產綜合監控系統高速傳輸平臺

基于煤礦工業以太網骨干網絡的智慧礦山安全生產綜合監控系統高速傳輸系統的建立，主要融合了寬帶無線技術和傳感器技術，構建了適應礦井安全生產的新一代有線或無線的混合結構的物聯網傳輸系統.與此同時，采用以太網+CAN現場總線的形式，開發并建立了基于防爆工業以太網、帶寬為10/100/1000Mbps的礦井綜合信息傳輸網絡平臺，實現了各個監控子系統和自動化系統的介接入和信息共享.在物聯網理論基礎上，建立智慧礦山綜合監控系統，實現了各個子系統的和各個功能模塊建立，主要包括井上部

分、井下部分及管理應用平臺等，如井下主煤流運輸系統、井下主排水監控系統、通風機監控系統、供電監控系統、防滅火系統、無線通信系統、井下人員管理系統等.借助于物聯網的無線網絡技術，將無線傳感器網絡研究拓展到地下，在不同的礦井部分構建煤礦無線傳感網絡系統關鍵技術，構建高效率、低成本的分布式煤礦監測預警信息系統，實現煤礦井下瓦斯實時監測、應急處理、人員跟蹤等功能，為煤礦瓦斯災害預警系統提供網絡支持平臺.然而，對于基于IP的煤礦通信系統和搶險救災無線音視頻傳輸系統的建立，利用新一代的無線網絡激素和，實現了煤礦井下無線傳輸系統音視頻建立，有效解決了應急處理過程中地面與地下無法進行音視頻通信的難題.

3.3基于物聯網的自動化及監控系統

對于礦井安全生產監控子系統，采用基于PLC控制技術和全分布式控制來實現的，并通過多功能綜合接入網的功能，實現了多種有線或無線礦井安全生產系統、多種類型的分站接入功能和生產自動化系統功能，達到了自動化系統綜合監控的目的.然而，對于遠程監控系統的建立，主要利用采掘設備遙感遙控技術來實現的，通過對礦井的相關參數實現在線監測、可視化技術及信號控制的整合，實現了遠程可視化控制和監測.另外，對于基于無線傳感器技術的煤礦井下風網監控系統，實現了礦井瓦斯災害風險的實時監測，優化了變頻自動調控，提高了礦井智能監測水平，有效控制了瓦斯災害事故的發生.

3.4人員跟蹤定位系統

對于人員定位及危險區域移動目標檢測與跟蹤系統的建立，主要采用射頻識別技術，并采用雙頻點短波率，實現了嵌入式微處理器的設計及全雙工通信.通過人員跟蹤定位系統的建立，具有作用距離遠、適應能力強、便于網絡連接的優點.為了有效對礦井危險區域目標進行檢測與跟蹤，利用計算機視覺、人工智能等相關技術，實現了智能視覺監控在礦井中的應用，突破礦井視頻監控從事后的控制，改為事前預、實時事件驅動的監控方式，實現了基于視頻報警聯動的煤礦綜合自動化系統.

圖2　井下人員跟蹤定位系統網絡結構圖

4　物聯網的應用

建立基于物聯網的智慧礦山綜合監控系統，實現了對礦井生產相關環節的通信與控制，也實現了煤礦井下搶險救災的無線音視頻通信系統[7].在物聯網技術基礎上，實現了智慧礦山綜合監控系統的建設，可以應用于監控檢測、規劃設計、生產調度和綜合管理等多個領域，也可以實現井下人員定位、緊急避險及環境監控等多個方面，實現了無人化作業和自動化監控的功能.其中，在智能生產方面，在生產作業環節過程中，通過物聯網，可以對采煤機、輸送帶等進行實時管理和控制，并且可以將相關機械設備的相關參數及時上傳至物聯網控制中心，實現了實時調度和管理；在智能監控方面，通過各類傳感器設備及監控設備的綜合使用，可以將礦井環境數據及時傳遞至地面管理人員，如瓦斯、人員數量及風壓等，自動判斷工作環境和自發啟動應急預案，實現了自動化的預警防范，消除了安全隱患.

5　總結

結合物聯網的概念和思想，建立基于物聯網技術的智慧礦山綜合健康系統，并建立安全生產監控子系統，通過物聯網，實現安全、高可靠性、實時的綜合監控和協同管理.將各類無線傳感器、生產過程、信息智能處理等安全生產的全過程與礦井生產的所有環節融合為統一的整體，對煤礦井下進行在線監測，實現無人化作業和自動化監控的功能，確保智慧礦山綜合監控系統得到廣泛應用，充分發揮物聯網技術在煤礦井下生產中的作用.

參考文獻：

〔1〕賈少毅.基于物聯網的礦井三維可視化監控系統應用研究[J].煤炭科學技術，2012（09）:85-89.

〔2〕張科利，任長忠.基于物聯網的智慧礦山的智能生產系統展望[J].中國礦業，2012（S1）:76-79+130.

〔3〕張旭平，趙甫胤，孫彥景.基于物聯網的智慧礦山安全生產模型研究[J].煤炭工程，2012（10）:123-125.

〔4〕張勝英，王煙軍，宋若臣.智慧礦山物聯網的構建和應用研究[J].山東行政學院學報，2013（05）:62-64.

中圖分類號：TD76

文獻標識碼：A

文章編號：1673- 260X（2015）03- 0131- 02