蘇健

冀中能源邢礦集團(tuán)山西古縣老母坡煤業(yè)有限公司 河北邢臺(tái) 054000

近年來(lái)，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的崛起以及自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，有力地促進(jìn)了采煤機(jī)信息化和全礦井綜采自動(dòng)化的發(fā)展，隨著云計(jì)算技術(shù)的日益成熟，使得煤機(jī)裝備制造企業(yè)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能化采煤機(jī)云平臺(tái)具有了應(yīng)用基礎(chǔ)。

1 采煤機(jī)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)上傳采集系統(tǒng)的研究

1.1 工作面到順槽可靠的無(wú)線/網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

在井下工作面，采煤機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中主控系統(tǒng)采集機(jī)身傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的狀態(tài)數(shù)據(jù)，在順槽集控中心需配置采煤機(jī)順槽通信服務(wù)器，采煤機(jī)經(jīng)過(guò)不同的通信線路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲擅簷C(jī)順槽服務(wù)器實(shí)現(xiàn)順槽監(jiān)控。由于井下工作面條件惡劣，空間狹窄，主電纜跟隨采煤機(jī)來(lái)回拖曳拉動(dòng)時(shí)，綜采設(shè)備高壓、高頻信號(hào)將會(huì)受到干擾，導(dǎo)致采煤機(jī)工作面和順槽之間無(wú)法穩(wěn)定地通信。針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)采煤機(jī)從工作面到順槽之間的通信方式進(jìn)行了研究，在常規(guī)主電纜FSK載波通信的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了無(wú)線WiFi通信/寬帶載波/光纖通信方式的設(shè)計(jì)。

1.2 礦井順槽到地面站的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方案

目前采煤機(jī)順槽到礦井地面通信采用的方式有光纖環(huán)網(wǎng)、專線通信等。國(guó)內(nèi)大部分礦井已安裝了光纖環(huán)網(wǎng)通信體系，比較容易實(shí)現(xiàn)的方式就是在采煤機(jī)順槽控制箱側(cè)引出一個(gè)數(shù)據(jù)接口接入礦井光纖環(huán)網(wǎng)，并通過(guò)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)傳輸?shù)降孛嬷鳈C(jī)。順槽一般設(shè)備可以接入的接口有RS485、CAN接口和TCP/IP、EIP等網(wǎng)絡(luò)接口，不同的礦井條件有差異，根據(jù)礦井順槽現(xiàn)場(chǎng)可以提供靈活的通信接入方式和選擇接入端。在數(shù)據(jù)上傳到地面站主機(jī)后，通過(guò)地面站主機(jī)可以提供采煤機(jī)數(shù)據(jù)中繼接口，進(jìn)一步上傳數(shù)據(jù)。無(wú)線WiFi通信利用電磁波無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)，不依賴傳統(tǒng)的線纜，能夠適應(yīng)不同工作面復(fù)雜的工況條件，相對(duì)于有線通信技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行成本低、部署方便、便于維護(hù)等顯著優(yōu)勢(shì)[1]。

1.3 基于互聯(lián)網(wǎng)＋的數(shù)據(jù)上傳應(yīng)用接口

順槽控制箱使用網(wǎng)絡(luò)接口接入礦井光纖環(huán)網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)通道，并與地面通信站進(jìn)行通信，傳輸接收采煤機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。地面通信站通過(guò)4G高速互聯(lián)網(wǎng)或有線網(wǎng)絡(luò)，將采煤機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)。本文通過(guò)本地互聯(lián)網(wǎng)+通信數(shù)據(jù)接口，建立了礦井采煤機(jī)地面通信站數(shù)據(jù)上傳到云數(shù)據(jù)庫(kù)的通信體系。4G/5G技術(shù)和遠(yuǎn)程協(xié)助、遠(yuǎn)程桌面等應(yīng)用方式，在當(dāng)前得到越來(lái)越廣泛的推廣和應(yīng)用，給互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)訪問(wèn)帶來(lái)了便利。

2 智能化采煤機(jī)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)

云平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)由IaaS、PaaS、SaaS3個(gè)層次組成，其中底層IaaS主要提供虛擬計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)等基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，可以更好地為應(yīng)用系統(tǒng)的上線、部署和運(yùn)維提供支撐，提升效率和資源利用率；中間層PaaS為用戶提供構(gòu)建應(yīng)用程序的環(huán)境，可以給客戶帶來(lái)更高性能、更個(gè)性化的服務(wù)；頂層SaaS為用戶提供基于云的應(yīng)用，方便應(yīng)用系統(tǒng)上線使用，面向客戶端提供軟件服務(wù)。

對(duì)采煤機(jī)云數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行調(diào)度和控制數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，對(duì)接收到的各地礦井采煤機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，可支持采煤機(jī)云端實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示和智能故障診斷功能，并對(duì)用戶提供基于云平臺(tái)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)技術(shù)支持；同時(shí)向授權(quán)用戶或會(huì)員用戶提供數(shù)據(jù)發(fā)布接口，共享數(shù)據(jù)。

2.1 權(quán)限設(shè)計(jì)

云平臺(tái)權(quán)限設(shè)計(jì)如表1所示。

2.2 云端架構(gòu)設(shè)計(jì)

云服務(wù)器1的功用：①安裝MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)基礎(chǔ)配置信息；②安裝IIS服務(wù)器，發(fā)布系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)站；③部署基礎(chǔ)信息WebService，向客戶端提供基礎(chǔ)信息服務(wù)。云服務(wù)器2的功用：①安裝MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)測(cè)點(diǎn)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；②部署實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)WebService，向客戶端提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)；③部署歷史監(jiān)測(cè)Web-Service，向客戶端提供歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。2層結(jié)構(gòu)體系滿足IaaS、PaaS、SaaS的體系架構(gòu)，保證系統(tǒng)的高并發(fā)使用和性能的擴(kuò)展性[2]。

2.3 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)設(shè)備、生產(chǎn)廠家、設(shè)備用戶、登錄用戶、權(quán)限等基礎(chǔ)配置信息，由于信息之間存在關(guān)聯(lián)，符合結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)特點(diǎn)，且數(shù)據(jù)量有限，因此適合使用傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)。

2.4 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

MongoDB屬于NoSQL數(shù)據(jù)的一種，是一個(gè)開(kāi)源的、模式自由的、面向文檔存儲(chǔ)的、分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)，是一個(gè)介于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之間的產(chǎn)品。文檔是MongoDB中數(shù)據(jù)的基本單位，類似于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的行（但是比行復(fù)雜）；集合就是一組文檔，類似于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的表；多個(gè)集合組成數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)使用MongoDB存儲(chǔ)礦井各類測(cè)點(diǎn)的歷史監(jiān)測(cè)信息。用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)所有礦井的數(shù)據(jù)，集合對(duì)應(yīng)設(shè)備，文檔對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的智能化采煤機(jī)云平臺(tái)，將煤礦井下采煤機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)從工作面主機(jī)傳輸?shù)巾槻?，然后從順槽到礦井地面，并建立了從地面本地?cái)?shù)據(jù)到云平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、監(jiān)控、智能診斷的整套網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控體系，通過(guò)高效全面的數(shù)據(jù)采集，為用戶提供采煤機(jī)云平臺(tái)在線監(jiān)測(cè)[3]、智能故障診斷與實(shí)時(shí)技術(shù)支持等服務(wù)。該云平臺(tái)可通過(guò)對(duì)采煤機(jī)在工作面運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)連續(xù)采集、對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控及評(píng)估、對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)診斷預(yù)測(cè)和生成健康報(bào)告，并對(duì)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布和共享，提高了采煤機(jī)智能化水平，為今后采煤機(jī)智能化設(shè)計(jì)提供了參考和借鑒。