摘要：依托物联网技术可实现煤矿生产过程的全程监控，实现生产设备自动化监管，改变煤矿生产效率低、安全风险高的局面。本文介绍基于物联网的煤矿综合自动化控制系统，分析自动化控制系统的搭建方案，为煤矿生产管理方式创新提供新思路。
关键词：物联网；煤矿生产；自动化控制系统
煤矿综合自动化控制成为当前煤炭行业升级发展的重点任务，且已有自动化控制系统投入煤矿生产实践中，在提高生产管理成效、加强安全风险预防方面发挥突出作用。但从整体上看，煤矿自动化控制系统还存在信息传输效率低下、感知网络覆盖范围有限、技术结构单一等问题，有必要将先进的物联网技术融入其中，对原有控制系统进行升级。
1基于物联网的煤矿综合自动化控制系统结构设计
1.1感知层
基于物联网的煤矿综合自动化控制系统感知层网络分为有线和无线，利用总线、光纤等，将各类终端设备接入物联网。感知层的实际功能为连接系统应用于物联网，其以平台为基础，结合煤矿企业实际生产需求，进行自动化控制系统设计，以最大化感知层的实用价值。煤矿矿下作业环境复杂，总线通信在相对恶劣的条件下开展，其通信质量不可避免会受到一定程度的影响。为了提高综合自动化控制系统的环境适应性，将选用工业以太网作为整个系统的基础信息平台。
1.2传输层
传输层接收来自感知层的矿下信息，通过以太网进行传输，平均速率在1000Mbit/s。考虑到矿下设备自动化控制真实需求，在传输层设置Ipv6，以平衡感知层无线网络及物联网对IP地址的大量消耗。同时，增加授时功能，弥补目前物联网在时间确定上的不足。
1.3应用层
自动化控制系统应用层整合多学科知识，与感知层和传输层相同，应用层也具备较高的开放性。应用层负责各类信息的处理，并不涉及具体应用，其能够简化第三方数据处理的难度，自动配备最佳的数据处理方式，使得第三方能够专门开展数据处理工作。如图1所示，为基于物联网的煤矿综合自动化控制系统架构。
2基于物联网的煤矿综合自动化控制系统功能实现
2.1电气控制
煤矿综合自动化控制系统主要作用于输送机、通风机、配电系统和排水系统，自动监控各机械设备、系统运行状态，结合实际生产需求及矿下情况，调整其运行状态。
2.1.1输送机自动化控制
煤矿主井内的输送机配备变频调速系统，以PLC完成对输送机的集成化控制。输送机控制系统采用Ethernet/IP网络，搭建中心站和多个控制站，其中控制站分别负责对不同生产单元内的输送机进行控制[1]。系统中心站与主站之间使用工业以太网进行信息交互，安装冗余光纤，各控制站之间则使用双绞线电缆网络进行连接，搭建PLC控制器与网关间连通关系。如图2，为输送机主控程序。
2.1.2通风机自动化控制
综合自动化控制系统可对矿下通风机的运行状态做远程调控，采集通风机运行数据，结合环境监管数据，判断通风机运行状态与矿下安全生产环境参数的匹配程度，及时对通风机运行状态做出调整，提高矿下通风质量，避免发生瓦斯爆炸等安全事故。通风机自动化控制同样依托PLC控制系统完成。
2.1.3配电系统自动化控制
配电系统自动化控制包括遥控、柜控、检修三种形式，通过对配电系统运行状态的灵活化调整，保证矿下生产系统供电稳定。自动化控制系统可获取配电系统内各高压回路的电气参数、配电柜运行参数等信息，并对有效信息进行分类存档。依托于配电系统运行信息，还可对配电系统运行故障进行有效监控，通过异常运行数据即可定位配电系统故障点，及时排除避免影响矿下生产作业顺利开展。
2.1.4排水系统自动化控制
排水系统与煤矿生产效率及安全有关，一般由单独变电所负责供电，在综合自动化控制系统中添加排水系统控制单元，安装水压和水量传感装置，负责采集排水系统出水口处水流数据。水仓内设置液位检测计，以自动控制水仓内储水量。排水系统控制单元为工业级PLC，保证控制功能稳定发挥，结合液位计采集到的水仓液位数据自动调整水泵运行状态，若检测到水泵故障信号，启动备用水泵实现连续、稳定供水。考虑到节能性及可靠性，排水系统自动控制处理器选用S7型号，将系统总线控制点设置在矿下中央变电所内。
2.2环境监管
基于物联网的煤矿综合自动化控制系统依托遍布于矿下的物联网传感器，可实时获取矿下环境信息，包括通风情况、温湿度、瓦斯浓度、井下压力等，将采集到的数据传输至上位机，系统自动生成环境参数变化曲线及表格，对比井下标准环境数据，即可对环境异常做有效监控。当系统监测到异常参数后，自动给出报警提示并定位到相应作业区，同时，对该区域内异常环境参数变化情况做重点监控，提示生产管理人员及时进行环境风险排查，结合实际情况作出相应的应急反应。新的自动化控制系统还具备障碍物自动探测功能。例如，绞车在巷道中运行时，因照明度有限，驾驶员人眼只能顺利接收光信号，而无法有效识别巷道内是否存在经行人员，易引发安全事故。自动化控制系统配物联网音频及视频传感器，可全方位采集矿下信息，可确保绞车司机顺利观测巷道环境，行驶过程中，若前方遭遇障碍物或出现偏离路线的问题，现场红外感应系统自动报警，提醒绞车司机注意观望，及时调整绞车行驶状态。
2.3人员调配
在矿区内各出入节点位置安装RFID阅读器，自动读取经行工作人员信息或移动设备ID，将矿下人员活动信息传输至上位机，并存储至相应数据库中，对矿下工作人员状态做实时监控。系统自动统计某时段内某作业区内的人员数量，可掌握员工出勤情况，并结合目标区块具体作业需求进行人员调配。根据人员数据更新情况，可准确了解每个工作人员的矿下作业时间，合理开展交接班工作，避免人员长时间经历高强度作业而出现安全事故。此外，系统还可自动校正矿下工作人员行走路线，利用数据监控掌握其行动轨迹，并及时作出安全提醒，避免人员走错巷道。
3结语
基于物联网的煤矿综合自动化控制系统在稳定性、适应性、可扩展性方面均较传统控制系统有明显提升，煤矿企业在开发自动控制系统时，应结合矿下作业实际需求，在现有功能基础上预留一定升级空间，以信息化、网络化技术辅助矿下生产管理、安全管理工作的有效开展。
参考文献：
[1]李剑锋.煤矿井下综合自动化系统设计[J].机电工程技术，2019，48(09):162-164.
[2]肖雅丹，王占山.基于物联网的煤矿综合自动化控制系统研究[J].控制工程，2018，25(05):816-822.
作者:丁海英 单位:太原理工天成电子信息技术有限公司
