采煤機數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)設計研究

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1、采煤機數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)設計研究 摘要:在井下采煤機數(shù)據(jù)的無線上傳過程中，容易出現(xiàn)采煤機先導電纜斷線或調(diào)制解調(diào)器故障導致的采煤機數(shù)據(jù)中斷的弊端，進行井下4G網(wǎng)絡的采煤機數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)設計，分析采煤機的數(shù)據(jù)上傳方式，結(jié)合4G網(wǎng)絡中TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)只需少量纜線、安裝簡便、上傳穩(wěn)定等優(yōu)勢，建立井下4G綜合一體化通信系統(tǒng);該文闡述了無線通信基站及網(wǎng)絡架構(gòu)安裝實施方案，通過模塊化接入通信基站搭建采煤機數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡架構(gòu)。結(jié)合井下4G綜合一體化通信系統(tǒng)功能，認為通過4G無線通信技術替代傳統(tǒng)的電纜傳輸技術，提高數(shù)據(jù)上傳質(zhì)量，可在線迅速查找故障點及遠程實時監(jiān)測采煤機運行狀態(tài)，降低了采煤機故障率，在一定

2、程度上可以為礦井安全生產(chǎn)提供有力保障。 關鍵詞:智能化;數(shù)字礦山;4G網(wǎng)絡;數(shù)據(jù)上傳 0引言 數(shù)字化礦山是實現(xiàn)礦山真正安全、高效、經(jīng)濟開采，資源可持續(xù)發(fā)展的重要基石，是化解高危行業(yè)風險的根本途徑。數(shù)字化礦山是通過計算機與網(wǎng)絡技術，把礦山的所有空間和有用屬性數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)字化存儲、傳輸、表述和深加工，應用于各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)與管理和決策之中，以達到生產(chǎn)方案優(yōu)化、管理高效和決策科學的目的，其特點為基礎信息數(shù)字化、生產(chǎn)過程虛擬化、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)字化的方法來研究和構(gòu)建的礦山，是將礦山地表之下的人類工程活動的信息全部數(shù)字化之后由

3、計算機網(wǎng)絡來管理的技術系統(tǒng)。數(shù)字礦山自下而上可分為基礎數(shù)據(jù)層、模型層、模擬與優(yōu)化層、設計層、執(zhí)行與控制層、管理層、決策支持層等7個層次［4－6］?；A數(shù)據(jù)層就是數(shù)據(jù)獲取與存儲層，數(shù)據(jù)獲取包括利用各種技術手段獲取各種形式的數(shù)據(jù)及其預處理;數(shù)據(jù)存儲包括各類數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件、圖形文件庫等，該層為后續(xù)各層提供部分或全部數(shù)據(jù)支持。 1采煤機數(shù)據(jù)上傳方式 隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，煤礦也由原始的人力開采逐步發(fā)展到了當今打造數(shù)字化、智能化礦山的時代。數(shù)字化礦山的建設對井下電氣設備的數(shù)據(jù)上傳提出了更為嚴苛的要求。傳統(tǒng)的綜采煤機數(shù)據(jù)上傳依靠動力線載波和電纜作為傳輸媒介進行數(shù)據(jù)通信，通過

4、纜線將采煤機數(shù)據(jù)傳至控制臺處煤機端頭站，然后使用纜線將煤機端頭站數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳至數(shù)據(jù)采集箱進入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，再經(jīng)過井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)上傳至地面監(jiān)控中心。由于采煤機不斷移動的工作特性以及綜采工作面采面較長的特征，實際使用過程中敷設纜線量大，人工成本與物料成本較高;長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，排查過程費時費力。目前大柳塔煤礦大柳塔井與活雞兔井已全部實現(xiàn)了4G網(wǎng)絡覆蓋，利用4G網(wǎng)絡中TCP/IP協(xié)議傳輸采煤機數(shù)據(jù)只需少量纜線，安裝方便簡潔，數(shù)據(jù)上傳穩(wěn)定可靠，且易于管理維護。

5、 2基于4G網(wǎng)絡的采煤機數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡架構(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、礦用本安型通信分站、礦用隔爆兼本安型萬兆環(huán)網(wǎng)交換機、網(wǎng)管服務器、業(yè)務服務器、廣播終端、爆閃指示燈、防爆手機終端、定位卡、無線攝像儀和各種傳感器等組成。分站將通過上行千兆光纖鏈路就近接入井下環(huán)網(wǎng)設備，通過環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)與核心機房的4G核心網(wǎng)設備進行數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)4G無線通信、精確定位、圖像監(jiān)視、應急廣播、線路指示、環(huán)境監(jiān)測和有線無線一體化調(diào)度控制等功能，通過與運營商對接，實現(xiàn)運營商公網(wǎng)卡直接下井，改變傳統(tǒng)的獨立燒卡形式，開創(chuàng)新型下井辦公模式

6、，地面、井下實現(xiàn)"一機一卡一號";，達成工作與生活的統(tǒng)一性，降低工作繁瑣度［7－11］。大柳塔煤礦以集中管理、分項控制為原則，設計布置了"一網(wǎng)一站";數(shù)字化礦山項目，實現(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)對接:"一機一卡一號";，與當?shù)剡\營商公網(wǎng)對接后實現(xiàn)企業(yè)員工公網(wǎng)號碼直接下井辦公，達成工作與生活的統(tǒng)一性。高清語音/視頻通話:通過基于VOLTE或POC語音通話業(yè)務實現(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:通過識別接入用戶的合法性，拒絕非法用戶訪問，保證本地網(wǎng)絡的安全性。統(tǒng)一平臺調(diào)度功能:實現(xiàn)調(diào)度臺分群、呼叫、應答、狀態(tài)顯示、預定式會議、

7、臨時會議、廣播會議、輪詢、強插、強拆、閉鈴、點名、拒答、調(diào)度臺夜服、來話轉(zhuǎn)接、保留、緊急呼叫、錄音等。人員定位:采用ZigBee/UWB定位技術實現(xiàn)對井下人員的軌跡跟蹤、報警提示、輔助考勤管理、數(shù)據(jù)查詢。應急廣播功能:包括全體廣播、分區(qū)域廣播、定點廣播、自動播放、雙向通話、定時打鈴、GIS矢量圖等。實時監(jiān)控:通過接入井下攝像頭實現(xiàn)對井下現(xiàn)場的實時視頻監(jiān)控。預警功能:通過與4G無線通信、應急廣播、視頻監(jiān)控、應急爆閃指示燈、人員定位等系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動，實現(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。應急提示:應急爆閃指示燈在發(fā)生緊急情況后為井下人員提供快速應急逃生指示路線。數(shù)據(jù)傳輸:井

8、下萬兆環(huán)網(wǎng)具備萬兆數(shù)據(jù)傳輸能力，能夠承載FDD-LTE無線通信系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、車輛定位系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、工業(yè)自動化系統(tǒng)、并可作為安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫溆猛ǖ馈＞C合接入功能:單臺綜合分站最大支持24路百兆光口、24路百兆電口、20路ＲS485/CAN信號、16路POST電話、24路模擬視頻等數(shù)據(jù)業(yè)務的接入能力，業(yè)務板塊可根據(jù)情況自用匹配。 2．2無線通信基站及網(wǎng)絡架構(gòu)安裝實施方案 無線通信基站:在采煤機機身安裝CPE無線通信基站，將采煤機內(nèi)數(shù)據(jù)采集PLC通過網(wǎng)線接入該基站。在綜采工作面機頭和機尾的4G綜合分站內(nèi)分別安裝AP無線通信基

9、站，并將該基站接入4G綜合分站的百兆電口模塊。HTK網(wǎng)絡架構(gòu)安裝:將采煤機端頭站接入綜采工作面設備列車處4G綜合分站的百兆電口模塊。將采煤機數(shù)據(jù)采集PLC以太網(wǎng)模塊、采煤機端頭站、CPE無線通信基站、AP無線通信基站配置統(tǒng)一規(guī)劃的IP地址，采煤機與端頭站便可以通過無線基站實現(xiàn)通訊，數(shù)據(jù)就可以通過4G綜合分站進入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，然后傳至地面監(jiān)控中心，實現(xiàn)采煤機數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。 2．3采煤機數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡架構(gòu) 現(xiàn)代礦井中一個綜采工作面長度一般在200～400m之間，4G無線通信模塊覆蓋半徑為400m，見表1。在綜采工作面機頭和機尾分別架設無線通信基站后實現(xiàn)了信號的全覆蓋，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，安裝方便簡潔且易于維護。圖1為采煤機數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡架構(gòu)圖。 3結(jié)語 結(jié)合井下4G綜合一體化通信系統(tǒng)的功能，認為通過4G無線通信技術替代傳統(tǒng)的電纜傳輸技術，實現(xiàn)了采煤機數(shù)據(jù)的無線上傳，解決了由于采煤機先導電纜斷線或調(diào)制解調(diào)器故障導致的采煤機數(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)采煤機數(shù)據(jù)中斷后可在線迅速查找故障點，避免了查找電纜斷點的麻煩，極大地提高了數(shù)據(jù)圖1采煤機數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡架構(gòu)圖恢復效率，節(jié)省了人工成本、無物料成本。此外，通過采煤機數(shù)據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)可遠程實時監(jiān)測采煤機運行狀態(tài)，也可以通過歷史數(shù)據(jù)與報警信息發(fā)現(xiàn)采煤機故障情況，將故障消滅在萌芽狀態(tài)，降低采煤機故障率，可以很大程度上避免采煤機故障帶來的經(jīng)濟損失，為礦井安全生產(chǎn)提供有力保障。