基於物聯網的礦山智能化管理系統

摘要：礦山的管理情況直接影響礦山的生產效率、礦山的經濟效益。本文通過智能化管理系統設計、物聯網礦山智能化管理系統的實現，完成了基於物聯網的礦山智能化管理系統的設計。基於物聯網的礦山智能化管理系統大大提高了礦山設備的工作效率，降低了安全事故的發生機率，全面提高了礦山的經濟效益。

關鍵詞：物聯網、礦山、智能化、管理系統

1物聯網的概念

物聯網是將智能感知、識別技術和普適計算等通信感知技術應用於網絡融合中，形成物物相連的智慧網絡。物聯網核心的四大技術基礎是傳感網絡技術、物對物的信息交換技術（M2M）、兩化融合技術和傳感技術（RFID）。物聯網基本架構可分為三層：感知層、網絡層和應用層。

基於物聯網的智能礦山建設是將地質地理、採礦生產、安全監測、產品運輸和生態環境等信息緊密聯繫起來，形成人與物、物與物全面聯繫的礦山網絡，確保整個礦山的智能、安全、高效、綠色。

2智能礦山建設現狀

隨着我國煤炭產業的高速發展和國家對兩化融合的要求，各煤礦的自動化、信息化水平得到提高，礦井安全避險六大系統已基本建成，但還存在一些問題，例如：①各系統之間的信息融合程度較低，智能化水平不高；②各系統的建設缺乏整體性規劃，沒有統一的標準和規範；③對採集的大量數據資源缺乏有效利用；④沒有實現礦井生產的透明化管理。例如：平頂山天安煤業股份有限公司八礦在國內率先建設了井上下千兆環網，以及工業電視系統、辦公自動化系統和單機自動化系統，部分子系統實現了PLC遠程控制，但各子系統之間相互獨立，無法實現統一的智能監控。

3物聯網礦山智能化管理系統的實現

基於系統功能模塊設計，依託系統狀態感知模塊設計，完成了智能化管理系統設計。針對礦山管理的實際情況，利用物聯網技術實現對礦山的智能化管理。

3.1基於物聯網技術搭建系統應用層

在礦山智能化管理系統中，監測到的數據可以在設備的工作平台上顯示，還可以通過應用層服務器將數據以網絡形式發送到相關管理平台。

應用層連接服務器通過交換機進行數據轉換，讀取設備運行數據，進行數據分析，其中數據集成層是依託礦山管理對象訪問協議(Mine management object access protocol，MOAP)實現對各個設備的型號、折舊情況、維修維護記錄。數據接口層是將數據集成層中的數據進行讀取。數據表現層通過將數據接口層獲取的數據進行展示，實現數據流通，從而使得管理人員知悉管理系統中的數據信息。

3.2管理系統中數據顯示的實現

基於物聯網技術對軟件應用層進行搭建，還要應用算法對數據進行處理，使其在基於物聯網的礦山智能化管理系統中得以顯現。

虛擬儀器是各個設備狀態監控的最佳選擇。利用圖形化編程軟件結合模塊化、開放的硬件以及虛擬儀器（LabVIEW），對設計的物聯網智能礦山管理系統中，所獲得的温度監測數據、聲學監測數據、振動監測數據進行重新編輯，大大減少了智能化管理系統的運行時間。應用虛擬儀器還可以提供各個設備的狀態監控（MCM）信息，包括監測到的設備應用演示、工作Demo程序等。因此，利用LabVIEW軟件作為實現管理系統中數據顯示的上位開發軟件，結合各個設備的狀態監控信息，利用上位程序對數據進行清理、處理，將數據以圖片、動畫、表格文字等方式顯示出來。最終完成基於物聯網的礦山智能化管理系統的設計。

4基於物聯網的智能礦山設計方案

4.1智能礦山管控平台設計

4.1.1煤礦安全生產工況監測一張圖系統

對煤礦安全生產數據進行統一收集，分系統進行展示，包括生產工況系統圖、採掘工況系統圖、運輸工況系統圖、安全監測工況系統圖、排水工況系統圖和大型設備在線監測系統圖。通過人機交互方式，實時查看各系統詳細的實時工況，包括運行、報警和故障等。

4.1.2三維可視化管控平台。基於C/S和B/S架構，利用三維可視化技術全面構建煤礦的採煤、掘進、機電、運輸、通風、安全各專業子系統仿真模擬系統，使用户在任何地方都可以實現輕鬆快捷的三維交互式體驗，以獨特的場景視角展現地貌特徵、地層、井下場景的關係等。

4.2基礎設施平台設計

該平台包括工業網絡、數據集控中心和調度控制中心三大模塊，部分內容如下。

4.2.1工業網絡建設。對現有工業網絡實現萬兆升級，為後期自動化系統的建設和網絡高清視頻的擴展提供快速穩定的網絡傳輸平台；建設TD-LTE無線專網（4G通訊），實現井上下、礦內外的移動通信。

4.2.2雲存儲和數據挖掘。建設服務器集羣，將煤礦日常生產經營產生的結構化、半結構化和非結構化數據統一進行雲端存儲，依託雲計算的分佈式處理、數據庫、虛擬化等技術，實現對海量數據的分佈式挖掘。

4.2.3區域集控中心建設。建設幾個採區區域集控中心，把皮帶、變電所、水倉、軌道運輸、風水瓦斯等數據集中到採區區域控制中心，並進行遠程監測與控制，實現調度下移。

4.3智能綜合自動化平台設計

該平台包括原煤生產、生產輔助和安全監控三大模塊。其中，原煤生產包括綜採自動化系統、井下皮帶集羣自動化系統、計量系統、主井提升自動化系統、地面儲裝運自動化系統和選煤廠監控系統；生產輔助包括主通風機系統、壓風系統、副井提升系統、主排水系統、鍋爐房監控系統、軌道運輸信集閉系統、斜巷運輸系統、架空乘人運輸監控系統、局部通風機自動化系統和礦井供電監控系統；安全監控包括瓦斯抽放系統、煤礦頂板管理系統、工業電視系統、煤礦井下人員及礦車定位系統、火災防塵檢測系統、五合一應急廣播系統、礦區安防系統和皮帶光纖在線監測系統。

4.4智能管理信息化平台設計

該平台包括安全管理、生產管理、經營管理、圖紙管理和協同辦公五大模塊，部分內容如下。

4.4.1生產管理。生產管理包括生產計劃管理系統、生產調度管理系統和作業規程管理系統，實現煤礦生產調度、安全監測、生產運行等信息集中監控，全面反映礦井生產、安全、經營狀況。

4.4.2經營管理。經營管理包括人力資源管理系統、能源管理系統、物資管理系統和設備管理系統，實現企業的報表統計、多維分析，為管理人員提供準確、實時的統計分析數據和決策支持信息，並指導企業進行經營管理。

4.4.3圖紙管理。圖紙管理系統是基於煤礦地理信息系統以統一格式、統一數據庫在“一張圖”上實現生產礦井圖紙的管理，包括採掘工程平面圖、井上下對照圖、巷道佈置圖、礦井水文地質圖、通風系統圖、井下運輸系統圖、安全監測裝備佈置圖、管理系統圖、井下通信系統圖、井上下配電系統圖、井下避災路線圖和礦井瓦斯抽放系統圖。不同專業的工作人員能對同一張圖上各自的專題內容進行在線處理和協同工作，達到生產信息與基礎圖形的高度融合，提高礦井管理層的綜合分析能力和應急響應速度。

結束語：近年來，國內一些礦井雖然進行了數字化改造，但還停留在單機自動化、信息化階段，沒有實現信息融合，未達到智能化水平。目前，關於物聯網智能礦山建設的實際例子較少，因此，將物聯網技術應用於煤礦生產實際，對提高礦山的智能化水平和企業競爭力都具有重要的現實意義。

參考文獻：

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