机电设备维护无线检测系统研究

刘 云

（山西西山煤电股份有限公司西曲矿， 山西 古交 030200）

1 机电设备状态检测需求分析

煤炭开采中，生产安全和成本控制是需要考虑的两个重要方面。机电设备的维护工作集中了安全和成本两个方面的需求，利用先进的信息化技术手段可以降低机电设备的非计划停机和设备的故障率，同时又能在一定程度上优化资源，降低人工和库存成本[1-2]。因此机电设备维护检测系统的开发应运而生，本文提出的无线检测系统，可实现对机电设备维护的智能化操作，减少维护成本，更精确地对设备的运行维护进行控制。

2 系统结构与硬件选型

2.1 系统整体设计

机电设备维护无线检测系统主要包括两个方面：机电设备维护质量管理和机电设备工作状态检测。机电设备维护质量管理要求检测系统必须建立起一套相对完整的设备维护使用规范，在该规范的指导下通过检测系统的软硬件平台实现对机电设备的监控和对设备维修人员的管理。机电设备工作状态检测则要求系统能够提供一个科学的、具有一定参考价值的数据库来实现对机电设备工作状态的合理评价，最终达到提高煤矿机电设备工作效率和降低维护成本的目的。

机电设备维护无线检测系统的整体设计分为无线网络系统设计和系统整体架构两个方面，无线网络系统的配置如图1所示。

图1显示无线网络系统共配有三个基站实现数据的传输，其中两台中心基站安装在调度中心，其覆盖范围为以基站为圆点、半径300 m的圆形范围。其中一个基站配置AM-V2G-Ti天线，另外一个基站配置AP+WDS功能，二者通过无线连接。第三台基站安装在变电所，分别配置两个AMO-2G13天线并向南北两个方向覆盖，同样配置AP+WDS并通过无线与核心基站实现数据连接。

图1 无线网络系统配置图

在对现场的环境和建筑物分布观察后决定布置如下，系统的总体架构图如图2所示。

图2 系统总体架构图

如图2所示，系统总体框架主要分为三个部分：监控中心、系统网络和移动终端。

监控中心是整个系统的核心，它主要由PowerEdge服务器、监控端、RFID读写器、DTU模块以及外网预留口等组成。

系统网络主要由三个无线基站和五个天线组成，与服务器之间采用有线连接，对厂区范围内的机电设备，移动终端和服务器进行无线覆盖，使其处在同一个局域网络范围内。

系统终端主要包括：现场设备维护人员、手持移动终端和机电设备。主要分布在提升机、压风机、污水处理站、变电站等多个岗位。维修人员在系统终端完成设备的维修，然后利用手持移动设备对所维护机电设备进行标识，同时完成与数据服务器的数据交换。

2.2 无线网络系统硬件选型

本检测系统的特点就是利用无线网络实现数据的传输。因此根据国际网线规范和国家无线电管理委员会的要求，无线网络系统必须具备以下要求：

1）无线网络系统能够提供先进的、稳定成熟的无线网络技术；

2）无线网络系统是开放的系统，其应具有可持续升级和完善的特性；

3）无线网络系统的硬件设施，必须具有一定的抗温、抗湿、抗电磁干扰等物理特性，同时对同范围内的其他网络系统干扰不大；

4）无线网络系统必须具有标准接口，能实现无线和有线的同步连接。

2.2.1 MIMO无线网络通信

MIMO天线技术是一种将无线通信的终端分为发射分集和接受分集的技术，在发射端和接收端分别由空时编码器、DC/CD转换器、调制解调器三层结构进行数据的转换解码[3-4]。MIMO天线技术的通讯模型如图3所示。

图3 MIMO无线通信模型

MIMO天线技术目前采用微带天线双极化方式，其利用表面镀金技术，将微带天线一面接地，另一面制造成一定形状的金属镀层，通过探针将金属镀层与天线馈线连接。

由于数据信号经过调制后的波长大于微带天线的金属镀层的内径，故将对其进行改制，如图4所示。

由图4所示，微带天线经过双极化改进后，天线引出两个突出区域，电磁辐射通过该区域向外发射，将发射的极化波分别定义为垂直分量和水平分量。通过判断极化后的两处信号频率的波段是否一致，又将极化波定义为单频率的双极化信号和双频率的双极化信号。

图4 双极化的微带天线结构图

双圆极化微带天线的使用可以有效地将两条不同信号同时使用信道并利用同样的发射频率的情况进行隔离。利用上述原理可以在一定程度上尽可能地提高无线数据传输的信道容量。

2.2.2 UBIQUITI RM5-Ti基站系统

本系统选用UBIQUITI networks公司研制的Rocket M系列MIMO无线网络基站组件RM5-Ti。

RM5-Ti AirMax基站具有较强的抗电磁干扰能力和在恶劣环境下正常工作的能力，其主要由MIPS 74K处理器、128 MB SDRAM和SMA定位天线接口组成。Rocket M系列基站具有可视化的监视界面，通过它来实现对基站的能量谱、信噪谱的实时观测。

2.3 设备识别系统硬件选型

该系统需要利用手持终端设备对机电设备进行识别，因此机电设备自身必须有一定的标记。考虑到机电设备的工作环境具有高粉尘和高污染的特性，因此机电设备的标记必须具有一定的抗污染和持久的能力。因此本系统采用RFID射频识别技术[5-6]。RFID系统主要由三部分组成：处理器、读写器和标签。其系统结构图如图5所示。

图5 RFID系统结构图

1）处理器。处理器顾名思义是搜集和处理信息的，它主要由数据库和中间组件组成。

2）读写器。读写器主要负责对机电设备的标签进行读取，它主要由控制系统和射频接口两个模块组成。

3）标签。标签又称为电子标签，其具有成本低、寿命长等特点。

3 结语

通过建立机电设备无线维护检测系统对煤矿机电设备进行检测。通过对机电设备维护现状分析，提出建立该系统并采用以下技术实现对机电设备的检测：

1）RFID射频识别技术，实现对机电设备维护过程的记录和监视功能。

2）MIMO无线通信技术，实现系统范围内的无线通信功能，保证数据的传输。