采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

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1、采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 摘要:在井下采煤機(jī)數(shù)據(jù)的無(wú)線上傳過(guò)程中，容易出現(xiàn)采煤機(jī)先導(dǎo)電纜斷線或調(diào)制解調(diào)器故障導(dǎo)致的采煤機(jī)數(shù)據(jù)中斷的弊端，進(jìn)行井下4G網(wǎng)絡(luò)的采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分析采煤機(jī)的數(shù)據(jù)上傳方式，結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)中TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)只需少量纜線、安裝簡(jiǎn)便、上傳穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，建立井下4G綜合一體化通信系統(tǒng);該文闡述了無(wú)線通信基站及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)安裝實(shí)施方案，通過(guò)模塊化接入通信基站搭建采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。結(jié)合井下4G綜合一體化通信系統(tǒng)功能，認(rèn)為通過(guò)4G無(wú)線通信技術(shù)替代傳統(tǒng)的電纜傳輸技術(shù)，提高數(shù)據(jù)上傳質(zhì)量，可在線迅速查找故障點(diǎn)及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，降低了采煤機(jī)故障率，在一定

2、程度上可以為礦井安全生產(chǎn)提供有力保障。 關(guān)鍵詞:智能化;數(shù)字礦山;4G網(wǎng)絡(luò);數(shù)據(jù)上傳 0引言 數(shù)字化礦山是實(shí)現(xiàn)礦山真正安全、高效、經(jīng)濟(jì)開(kāi)采，資源可持續(xù)發(fā)展的重要基石，是化解高危行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的根本途徑。數(shù)字化礦山是通過(guò)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把礦山的所有空間和有用屬性數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化存儲(chǔ)、傳輸、表述和深加工，應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)與管理和決策之中，以達(dá)到生產(chǎn)方案優(yōu)化、管理高效和決策科學(xué)的目的，其特點(diǎn)為基礎(chǔ)信息數(shù)字化、生產(chǎn)過(guò)程虛擬化、管理控制一體化、決策處理集成化［1－3］。數(shù)字礦山是用信息化與數(shù)字化的方法來(lái)研究和構(gòu)建的礦山，是將礦山地表之下的人類工程活動(dòng)的信息全部數(shù)字化之后由

3、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)管理的技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字礦山自下而上可分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、模型層、模擬與優(yōu)化層、設(shè)計(jì)層、執(zhí)行與控制層、管理層、決策支持層等7個(gè)層次［4－6］?；A(chǔ)數(shù)據(jù)層就是數(shù)據(jù)獲取與存儲(chǔ)層，數(shù)據(jù)獲取包括利用各種技術(shù)手段獲取各種形式的數(shù)據(jù)及其預(yù)處理;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)包括各類數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)文件、圖形文件庫(kù)等，該層為后續(xù)各層提供部分或全部數(shù)據(jù)支持。 1采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳方式 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦也由原始的人力開(kāi)采逐步發(fā)展到了當(dāng)今打造數(shù)字化、智能化礦山的時(shí)代。數(shù)字化礦山的建設(shè)對(duì)井下電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)上傳提出了更為嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)的綜采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳依靠動(dòng)力線載波和電纜作為傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)

4、纜線將采煤機(jī)數(shù)據(jù)傳至控制臺(tái)處煤機(jī)端頭站，然后使用纜線將煤機(jī)端頭站數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)傳至數(shù)據(jù)采集箱進(jìn)入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，再經(jīng)過(guò)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)上傳至地面監(jiān)控中心。由于采煤機(jī)不斷移動(dòng)的工作特性以及綜采工作面采面較長(zhǎng)的特征，實(shí)際使用過(guò)程中敷設(shè)纜線量大，人工成本與物料成本較高;長(zhǎng)距離纜線傳輸又容易受到壓降影響及周圍環(huán)境的電磁干擾造成數(shù)據(jù)上傳質(zhì)量較低;其次纜線容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷;在發(fā)生數(shù)據(jù)中斷故障后，需要沿線檢查纜線破損情況，排查過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。目前大柳塔煤礦大柳塔井與活雞兔井已全部實(shí)現(xiàn)了4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，利用4G網(wǎng)絡(luò)中TCP/IP協(xié)議傳輸采煤機(jī)數(shù)據(jù)只需少量纜線，安裝方便簡(jiǎn)潔，數(shù)據(jù)上傳穩(wěn)定可靠，且易于管理維護(hù)。

5、 2基于4G網(wǎng)絡(luò)的采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 2．1井下4G綜合一體化通信系統(tǒng)功能 礦山4G綜合一體化通信系統(tǒng)主要由核心網(wǎng)、調(diào)度臺(tái)、礦用本安型通信分站、礦用隔爆兼本安型萬(wàn)兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、網(wǎng)管服務(wù)器、業(yè)務(wù)服務(wù)器、廣播終端、爆閃指示燈、防爆手機(jī)終端、定位卡、無(wú)線攝像儀和各種傳感器等組成。分站將通過(guò)上行千兆光纖鏈路就近接入井下環(huán)網(wǎng)設(shè)備，通過(guò)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)與核心機(jī)房的4G核心網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，實(shí)現(xiàn)4G無(wú)線通信、精確定位、圖像監(jiān)視、應(yīng)急廣播、線路指示、環(huán)境監(jiān)測(cè)和有線無(wú)線一體化調(diào)度控制等功能，通過(guò)與運(yùn)營(yíng)商對(duì)接，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)卡直接下井，改變傳統(tǒng)的獨(dú)立燒卡形式，開(kāi)創(chuàng)新型下井辦公模式

6、，地面、井下實(shí)現(xiàn)"一機(jī)一卡一號(hào)";，達(dá)成工作與生活的統(tǒng)一性，降低工作繁瑣度［7－11］。大柳塔煤礦以集中管理、分項(xiàng)控制為原則，設(shè)計(jì)布置了"一網(wǎng)一站";數(shù)字化礦山項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了礦井的一體化管理。井下4G綜合一體化通信系統(tǒng)功能主要包括以下方面。公網(wǎng)對(duì)接:"一機(jī)一卡一號(hào)";，與當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)對(duì)接后實(shí)現(xiàn)企業(yè)員工公網(wǎng)號(hào)碼直接下井辦公，達(dá)成工作與生活的統(tǒng)一性。高清語(yǔ)音/視頻通話:通過(guò)基于VOLTE或POC語(yǔ)音通話業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)兩部終端之間的高清通話，提高辦公效率。用戶行為管理功能:通過(guò)識(shí)別接入用戶的合法性，拒絕非法用戶訪問(wèn)，保證本地網(wǎng)絡(luò)的安全性。統(tǒng)一平臺(tái)調(diào)度功能:實(shí)現(xiàn)調(diào)度臺(tái)分群、呼叫、應(yīng)答、狀態(tài)顯示、預(yù)定式會(huì)議、

7、臨時(shí)會(huì)議、廣播會(huì)議、輪詢、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、閉鈴、點(diǎn)名、拒答、調(diào)度臺(tái)夜服、來(lái)話轉(zhuǎn)接、保留、緊急呼叫、錄音等。人員定位:采用ZigBee/UWB定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)井下人員的軌跡跟蹤、報(bào)警提示、輔助考勤管理、數(shù)據(jù)查詢。應(yīng)急廣播功能:包括全體廣播、分區(qū)域廣播、定點(diǎn)廣播、自動(dòng)播放、雙向通話、定時(shí)打鈴、GIS矢量圖等。實(shí)時(shí)監(jiān)控:通過(guò)接入井下攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)井下現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。預(yù)警功能:通過(guò)與4G無(wú)線通信、應(yīng)急廣播、視頻監(jiān)控、應(yīng)急爆閃指示燈、人員定位等系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的人員、廣播、短信的告警信息下發(fā)和路線指引等功能。應(yīng)急提示:應(yīng)急爆閃指示燈在發(fā)生緊急情況后為井下人員提供快速應(yīng)急逃生指示路線。數(shù)據(jù)傳輸:井

8、下萬(wàn)兆環(huán)網(wǎng)具備萬(wàn)兆數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠承載FDD-LTE無(wú)線通信系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、車輛定位系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、語(yǔ)音廣播系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、并可作為安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫溆猛ǖ?。綜合接入功能:單臺(tái)綜合分站最大支持24路百兆光口、24路百兆電口、20路ＲS485/CAN信號(hào)、16路POST電話、24路模擬視頻等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入能力，業(yè)務(wù)板塊可根據(jù)情況自用匹配。 2．2無(wú)線通信基站及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)安裝實(shí)施方案 無(wú)線通信基站:在采煤機(jī)機(jī)身安裝CPE無(wú)線通信基站，將采煤機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)采集PLC通過(guò)網(wǎng)線接入該基站。在綜采工作面機(jī)頭和機(jī)尾的4G綜合分站內(nèi)分別安裝AP無(wú)線通信基

9、站，并將該基站接入4G綜合分站的百兆電口模塊。HTK網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)安裝:將采煤機(jī)端頭站接入綜采工作面設(shè)備列車處4G綜合分站的百兆電口模塊。將采煤機(jī)數(shù)據(jù)采集PLC以太網(wǎng)模塊、采煤機(jī)端頭站、CPE無(wú)線通信基站、AP無(wú)線通信基站配置統(tǒng)一規(guī)劃的IP地址，采煤機(jī)與端頭站便可以通過(guò)無(wú)線基站實(shí)現(xiàn)通訊，數(shù)據(jù)就可以通過(guò)4G綜合分站進(jìn)入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，然后傳至地面監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 2．3采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 現(xiàn)代礦井中一個(gè)綜采工作面長(zhǎng)度一般在200～400m之間，4G無(wú)線通信模塊覆蓋半徑為400m，見(jiàn)表1。在綜采工作面機(jī)頭和機(jī)尾分別架設(shè)無(wú)線通信基站后實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的全覆蓋，完全滿

10、足數(shù)據(jù)傳輸要求。通信基站采用模塊化方式接入，安裝方便簡(jiǎn)潔且易于維護(hù)。圖1為采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。 3結(jié)語(yǔ) 結(jié)合井下4G綜合一體化通信系統(tǒng)的功能，認(rèn)為通過(guò)4G無(wú)線通信技術(shù)替代傳統(tǒng)的電纜傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)數(shù)據(jù)的無(wú)線上傳，解決了由于采煤機(jī)先導(dǎo)電纜斷線或調(diào)制解調(diào)器故障導(dǎo)致的采煤機(jī)數(shù)據(jù)中斷的弊端，提高了數(shù)據(jù)上傳質(zhì)量。地面監(jiān)控人員在發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)數(shù)據(jù)中斷后可在線迅速查找故障點(diǎn)，避免了查找電纜斷點(diǎn)的麻煩，極大地提高了數(shù)據(jù)圖1采煤機(jī)數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖恢復(fù)效率，節(jié)省了人工成本、無(wú)物料成本。此外，通過(guò)采煤機(jī)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，也可以通過(guò)歷史數(shù)據(jù)與報(bào)警信息發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)故障情況，將故障消滅在萌芽狀態(tài)，降低采煤機(jī)故障率，可以很大程度上避免采煤機(jī)故障帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，為礦井安全生產(chǎn)提供有力保障。