物联网技术在煤矿井下机电设备状态监测中的应用

物联网技术在煤矿井下机电设备状态监测中的应用

高文彦1王恒2

陕煤集团神木柠条塔矿业公司陕西省榆林市 719000

摘要：我国的地质十分复杂，又由于煤矿的开采主要是在地下进行的，所以开采煤矿的工作环境是非常恶劣的，通常煤矿开采的井下工作人员的生命安全不能得到有效的保障，为了保证国家煤矿企业的财产以及能够在煤矿开采过程中有效的应对事故，就必须加强对煤矿生产的监控，保证煤矿生产的过程是足够安全的。

关键词：物联网技术；煤矿井下机电设备；状态监测；应用

前言

为了应对煤矿井下生产的恶劣条件，煤矿企业大量地应用机电设备，这不仅提升了采掘效率，而且获得了理想的采掘效果。然而，由于矿井下面的二氧化碳浓度、湿度、温度等比较复杂，因此矿井机电设备的安全管理问题显得非常关键。鉴于此，应用物联网技术监测煤矿井下机电设备的状态具备重大的现实意义。

1物联网的结构

物联网的结构按照特点可以分为三层：全面感知层、可靠传网络送层以及智能处理应用层，这三层还可以根据应用的领域作进一步的细化和调整，三者是相互协作的，所以三者必须同时存在才能正常的工作；物联网的结构还可以按照网络协议分为五层：物理层、数据链路层、网络层、传输层以及应用层。物联网是在互联网的基础上进行物物交换的一种方式，它主要是将信息经过网络进行转化然后传递信息，在煤矿井下机电设备状态监测中运用物联网技术既可以提高经济的效益和发展，又可以激发创造力，有效的缓解市场短缺带来的压力。

2煤矿井下机电设备物联网技术的应用要点

煤矿井下机电设备物联网技术重点涵盖控制技术、通信技术、网络技术等，其结合视频、数据的方式及时传输设备的工作状况，确保其安全与稳定运行。另外，物联网技术还能够通过控制中心分析监测的机电设备的工作参数，然后结合分析结果进行相应的控制。煤矿井下机电设备物联网技术的应用要点涵盖下面3个组成部分。

2.1感知层

对于感知层来讲，其重要作用是及时定位矿井机电设备，在可视化监控、智能化感知机电设备工作状况的基础上确保机电设备工作的稳定与安全，推动生产工作的正常开展。为了实现感知层的功能，需要在感知层中应用射频识别技术、智能传感技术、设备定位技术。

2.2管理层

管理层结合矿井机电设备智能化的工作决策与显示，可以实现矿井机电设备管理的智能化。管理层能够诊断矿井机电设备的工作是不是面临故障问题，在诊断结果表明机电设备面临故障的情况下，管理层能够对其进行维修与维护。在管理层中主要应用智能控制技术、故障诊断技术、远程控制技术。

2.3控制层

控制层结合无线网络能够控制矿井机电设备，在控制层中重点应用智能计算技术、自动控制技术、网络接口技术。

3基于物联网技术的煤矿井下机电设备状态监测系统的组成

3.1主站以及逻辑分站

对基于物联网技术的矿井机电设备监测系统而言，主站的功能是智能化监控与管理全部设备。主站的控制作用需要结合控制器实现，其是矿井机电设备顺利工作的基础和前提。经过主站的配置能够形成逻辑分站的组态，在扩大分站覆盖范围的基础上，能够不断提高基于物联网技术的矿井机电设备的监测系统的稳定性与安全性。

3.2通信网络

在基于物联网技术的矿井机电设备监测系统中，占据重要地位的是通信网络。矿井机电设备能够结合有线网络、无线网络进行监控，从而全面地监控整体的机电设备，确保矿井机电设备运行的稳定与安全。随着通信技术的持续进步，人们对物联网监测系统稳定性与安全性提出了更高的标准，而为了实现人们的这种需要，通信网络就需要具有相应的自动恢复故障性能。

3.3网络传感器

在物联网环境中，传感器具备无线网络的特性，这种特性使接入网络的过程更加简化。对于网络传感器的配置而言，无须兼顾种类与量程，从而使配置过程要求的时间量大大减少。

3.4网络控制器

网络控制器具备处理物联网监控系统、获取系统信息的功能，结合控制指令从主站向网络控制器中传输信息，合理执行控制指令，有效地控制矿井机电设备。

3.5网络执行器

矿井机电设备结合控制接口可以控制设备开关，为此能够在控制开关附件安装网络执行器，从而有效地掌握矿井机电设备的有关信息。

4基于物联网的井下机电设备状态监测的实现

4.1物联网的概念

物联网是随着信息技术发展起来的设备交互控制的一种方式，主要包括感、传、知和用四方面。总的来说，物联网可分为感知层、网络层及应用层，其中感知层处于最底层，是实现物联网的前提[6-8]。通常情况下，感知层主要由各种传感器组成，负责各种信息的采集；网络层是数据传输的平台，主要由无线网、以太网及局域网组成；应用层主要连接各种设备，即用户端，完成设备与设备、人与设备的相互沟通。为了能实现对物联网的高效应用，使用了RFID技术。该技术主要用于信号的无线传输，RFID模块可接收或发送特定频率的电磁场，从而快速实现信号的传输和交换。可以说，RFID技术是物联网的基石。传感器是感知物体状态的重要设备，它将物体的运行规律转换成一定的电信号，从而更好地表征物体的状态。传感器技术是物联网的基础技术，是物联网发展的重要内容。目前，已经有多重无线传输技术可作为信息传输的网络，主要为4G和5G技术。其中5G技术由于高容量、低延迟和抗干扰能力强的特点，已成为了物联网技术的重要内容。

4.2机电设备状态监测的实现

与其他行业相比，煤炭行业中物联网应用得比较缓慢，这是因为：a)物联网的应用需要对设备进行改造，而煤矿的很多设备比较老旧，改造起来相当困难；b)煤矿生产对安全性要求较高，很多信息化设备难以在井下安全使用。近些年来，煤矿井下也开始逐步应用物联网，其中典型的就是机车运输监测系统的应用，其通过视频系统及时传输机车上人员的实时信息情况，通过定位系统实时传输机车的位置与速度情况。煤矿井下机电设备状态监测物联网系统主要分为硬件部分和软件部分。硬件部分主要用于数据的采集和传输，而软件部分主要用于数据的处理和判断。下面将进行具体分析。煤矿井下机电设备状态监测物联网系统主要分为3个功能模块，即现场采集数据模块、实时网络通信模块及控制管理模块。按照物联网的层级来划分，现场采集数据模块属于感知层，实时网络通信模块属于网络层，而控制管理模块属于应用层。根据煤矿井下机电设备的特点，感知层主要采集井下机电设备的一些状态参数，例如位置、功率、电压、电流、温度及振动等。网络层主要是煤矿井下建立的一些通信网络，例如无线通信、光纤通信及局域网等。平台层主要由为机电设备控制提供服务的设备组成。对于煤矿井下机电设备状态监测物联网系统，系统软件发挥着十分重要的作用。系统软件主要是将感知层采集来的机电设备状态信息及时进行处理，从而判定设备的工作状态是否正常。信息传输通常需要通过建立的通信系统来完成，需要处理的参数主要有设备的电压、电流、温度、负载、速度及位置情况等。在设备状态参数异常时，要能及时发出警报，从而杜绝危险情况的发生。

结束语

综上所述，矿井机电设备管理工作十分复杂，不但需要进行日常的维护、检修，而且需要采集有关的参数信息，只有把握机电设备的运行规律与故障特点，才可以实施有效的机电设备管理方式。在不断发展的信息技术影响下，基于物联网技术的矿井机电设备的状态检测技术深入发展，特别是在大量的经验和数据基础上，对大数据处理技术进行进一步研究，对于机电设备寿命预测的模型的确定，将是下一步需要重点研究的方向。

参考文献：

[1]马丽丽.煤矿井下物联网监控框架及关键技术研究[J].煤炭技术，2017（9）：86-87.

[2]赵亚阳.煤矿井下机电设备的物联网监测系统开发探讨[J].机械管理开发，2016（10）：125-126.