智能气矿物联网应用研究

金琦 夏金龙 杨崴 王妍苏 韩霄杰 刘佩鑫

摘要：气矿是社会经济发展的重要资源，智能气矿概念自2010年在国内兴起，即刻在矿业界引起极大震动。我国气矿技术的发展经历了原始阶段到机械化，再到数字化，现在正全力向智能化迈进，然而在该领域自动化技术与物联网技术的应用研究还处于空白阶段。因此，想要提高气矿行业的信息化水平和气矿企业的竞争能力，进一步提高工作效率，需要充分借助物联网技术与自动化技术的支撑。本文首先介绍气矿的相关内容，再分析目前存在的问题，最后论述自动化技术与物联网技术在气矿行业的具体应用。

关键词：自动化技术;物联网技术;射频识别;无线传感网

中图分类号：TP311   文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）32-0124-02

Research on Application of Intelligent Gas Mineral Network

JIN Qi， XIA Jin-long， YANG Wei， WANG Yan-su， HAN Xiao-jie， LIU Pei-xin

（Southwest Petroleum University， Chengdu 610000， China）

Abstract： Gas ore is an important resource for social and economic development and the concept of intelligent gas mining has been rising in China since 2010， which immediately caused a great shock in the mining industry. The development of China's gas mining technology has gone through the primitive stage to mechanization and then to digitalization. Now it is moving forward to intellectualization with all its strength. However， the application research of automation technology and Internet of Things technology in this field is still in the blank stage. Therefore， in order to improve the information level of the gas mining industry and the competitiveness of gas mining enterprises， and further improve work efficiency， it is necessary to make full use of the support of Internet of Things technology and automation technology. This paper first introduces the relevant content of gas mining， then analyzes the existing problems， and finally discusses the specific application of automation technology and Internet of Things technology in the gas mining industry.

Key words： automatics; internet of things; radio frequency identification; wireless sensor network

物聯网在采矿业上的应用率先出现在国外，2002年芬兰科学家佩卡普基在APCOM发表了名为“智能气矿及其实现”的论文，其介绍了芬兰、美国、加拿大等国家在智能采矿技术方面的成果。通过论文介绍，可以看出发达国家的采矿业已经向智能化全方位推进，并取得了高效率、高安全的业绩。在国内，智能气矿概念于2010年兴起，随即在矿业界引起极大震动，许多气矿、设备研发制造厂家、科研单位和大学纷纷推出了各自对智能气矿的理解。山东省更是明确将建设智慧气矿定为基本省策，并制定了一系列建设智能气矿的规范、规定，成为智慧气矿省的首创。

1 存在的主要问题

（1）国内在气矿物联网标识卡方面的研究起步较晚，技术还未成熟，标识过程未能与管道、矿灯紧密结合，且标识卡功能较单一，无法适应井下复杂多变的环境。目前市场上的标识卡一般是基于RFID、WSN等技术，未能将多种技术有机结合，导致定位精度不高，数据传输距离过短。

（2）智能控制方面。智能控制的思想出现于20世纪60年代，但是早期的智能控制系统采用初级的智能方法，如模式识别和学习方法等，发展速度十分缓慢。而具有高度的非线性和复杂的任务要求以及不确定性的数学模型是智能控制研究对象的主要特点。因此需要设计一个可根据被控动态过程特征识别、学习并组织自身的控制模式的智能控制器，以改变控制器结构和调整参数，使其具有多模式、变结构、变参数等特点。

2 自动化气矿技术

自动化气矿技术是通过提高电气设备与机械的自动化水平，使用于输送、采掘的机械设备和其他设备可以长时间脱离人员的操作，实现自动化运行。自动化气矿的建设，一是缩短了工人在停留在井下的时间;二是使气矿的生产效率得到了提高;三是保证了人身安全、设备安全、平稳供气及保护环境。网络通信发展提出的数字化气矿理论推动了气矿的信息化进步，经营管理、建井施工、集合地质勘探、安全生产、规划设计的全过程，不但成功实现了信息共享，避免了信息孤岛的出现，还使供电、通风、掘进、运输、给排水等生产系统运行过程更加具体，完成了物与人的远程交流。

3 物联网技术

通过射频识别（RFID）、无线传感网WSN（Wireless Sensor Network）等技术，全面感知油气田设备、设施等实体对象的状态信息，并与网络相互连接进行通信和信息交换，能够实现智能化管理、定位、监控、识别和跟踪，提高油气生产效率和决策能实力，减轻劳动强度，提升安全保障水平。基于物联网的智能气矿建设主要是将气矿物联网技术和自动化技术相结合，提出气矿的数字气矿智能化体系的应用，并最终在油气矿产业实现脱离人为操作的物-物交流。某气田生产物联网系统提供了设备、仪表的基本台账、仪表参数、图片、手册等动/静态信息管理，实现了作业区日常工作规范标准的维护、查询;实时采集现场仪表、设备的运行数据，支撑了作业区日常巡检、问题提报、临时任务、检修维护、属地监督等任务制定、下达、跟踪、评价、总结的闭环管理流程。

4 智能气矿物联网应用流程

（1）基于射频识别（RFID）、无线传感网WSN（Wireless Sensor Network）等技术，通过在油气生产物联网上加装智能多元传感器来实现各设备状态参数的自动计数。

（2）利用集成了模拟信号采集、数字信号采集和无线数据通信于一体的高性能测控装置的智能信息采集终端完成模拟信号的采集、量值转化等。

（3）一方面使用手持终端扫描设备RFID标签实现设备数据采集，通过无线网或者3G/4G网络实现数据上传。另一方面依靠HART数据采集器实时采集设备动态信息，通过井场及井口RTU/PLC实现数据汇聚，并借助生产网络实现数据的远程传输。

（4）通信业务利用三层网络交换机在上述两个环网间实现动态路由（OSPF）寻址，从而保证通信传输的可靠性，满足井场无人值守生产的需要。

（5）利用无线通讯技术，实现产线工况的实施远程监测及多种形式的数据分析服务。

（6）为了实现物-物互联的目标，使感知层与应用层各个系统之间实现更高效的互联互通，在应用层前设计一种方便的数据服务接口。将物联网信息采集、处理、传输、挖掘、分析技术应用于气矿机械制造与气矿生产管理，将新一代信息技术与传统的机械制造工艺紧密融合，颠覆传统的粗犷型生产及管理模式，让设备具有自我感知、自动控制、故障预警报警等智能化功能，整条生产流水线具有负荷自动协同功能，达到优化产线的目的。

5 结论

综上所述，本文介绍了智能物联网气矿应用研究，主要通过射频识别、无线传感网技术加装智能多元传感器全面感知设备设施等实体对象的状态信息，并与网络相互连接进行通信和信息交换，能够实现智能化管理、定位、监控、识别和跟踪，提高油气生产效率和决策能力，减轻劳动强度，提高安全保障水平。

参考文献：

[1] 郑启楷.自动化技术在煤矿机电中的应用探析[J].中国设备工程，2021（7）：186-188.

[2] 刘世芳，王天妹.智能物联网技术应用及发展研究[J].电子世界，2021（4）：68-69.

[3] 解海東，李松林，王春雷，等.基于物联网的智能矿山体系研究[J].工矿自动化，2011，37（3）：63-66.

[4] 国内外智慧矿山技术的现状与发展趋势-https：//www.docin.com/p-1615416478.html.

[5] 智慧矿山联盟现有工作基础、条件和优势-https：//wenku.baidu.com/view/8bb04c1a944bcf84b9d528ea81c758f5f71f2951.html？fr=search.

【通联编辑：梁书】

收稿日期：2021-04-12

作者简介：金琦（2000—），女，四川资中人，西南石油大学计算机科学学院在读，专业：计算机科学与技术;夏金龙（1999—），男，四川广安人，西南石油大学计算机科学学院在读，专业：物联网工程;杨崴（2001—），男，四川成都人，西南石油大学计算机科学学院在读，专业：软件工程;王妍苏（2000—），女，四川南充人，西南石油大学计算机科学学院在读，专业：数据科学与大数据技术;韩霄杰（2000—），男，山东东营人，西南石油大学计算机科学学院在读，专业：软件工程;刘佩鑫（2000—），男，四川资阳人，西南石油大学计算机科学学院在读，专业：软件工程。