物联网技术在煤矿综合信息化建设中的应用探讨

李自杰

（新能矿业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

0 引言

物联网是当今世界最具发展潜力的信息技术之一，它的出现极大地促进了社会生产率的提升，并加快了社会经济的发展速度，在全世界范围内受到了越来越多的关注。在我国，物联网技术的应用和发展受到了越来越多的关注，并且各行业还加强了对该技术的研究和开发，因此，在煤矿信息化建设中也逐渐开始对物联网技术进行使用。从目前的发展状况来看，在煤矿综合信息化建设中，各类型物联网技术都得到了较好的使用，从而使煤矿生产设备实现了远程维修、实时管理以及煤矿工作环境信息化管理的发展需要。

1 物联网技术在煤矿行业的应用前景

物联网技术在煤矿行业的广泛运用，为煤矿安全生产问题带来了技术支撑，通过物联网技术可以实现对煤矿生产过程的准确感知，从而保证采矿人员的生命安全，这也是关系到民生的重要问题。在煤矿行业中对物联网技术进行有效使用，不仅可以提高我国煤矿行业的生产效率，还能保障煤矿行业的生产安全。在开展煤矿综合信息化的建设中，通过对物联网技术的充分使用，能够在控制成本的同时，提高经济收益，在煤矿信息化平台的构建中发挥着重要的作用。由此可见，物联网技术在煤矿行业中的应用有着广阔的发展前景。

2 煤矿综合信息化建设中物联网关键技术分析

2.1 射频技术

在对物联网技术进行使用的过程中，射频技术是重要的组成部分之一。射频系统由电子标签、阅读器、数据管理系统组成。在目标对象上贴上电子标签，然后再对标签进行扫描，就能得到相应对象的信息数据，射频技术是一种高效的数据采集方法。而电子标签是识别过程中的数据载体，主要由标签专用芯片和天线组成。按照供电方式的不同对电子标签进行分类，可分为有源、无源和半无源电子标签，它们的区别在于有没有安装工作电池。利用天线阅读器就能与电子标签之间建立通信连接，从而实现对内部数据以及标签识别码的写入和输出。在阅读器当中主要包含控制单元、高频模块（接收器及发送器）和阅读器天线。在应用物联网的过程中，主要通过电子标签来储存具有互用性和规范性的数据信息，然后借助无线通信技术来对这些数据进行采集，并传送到信息中心，在互联网技术的支持下，实现对物品的准确识别和感知。

2.2 无线数据传输技术

无线传感器网络主要是由监控范围内的小型传感器节点组成，这些节点可以静止或移动，并且成本低廉，通过对无线通信方式的使用，可以形成多跳自组网络。在这一网络中的全部传感器节点都可实现对数据的采集、融合、处理、存储和转发。对该网络所覆盖地理位置上的物体监控数据，都能进行协同感知、收集、处理和传输，然后经其他网络将数据传输到使用者手中，从而达到在特定距离上探测和追踪物体的目的。传感器网络具有采集、处理和传输三大功能，与之相匹配的是传感器、计算机和通信技术。传感网络具有自组织、规模庞大、动态可重构、软硬件容错性等特点。

2.3 互联网技术

现代信息技术的基础技术就是互联网技术，因此，互联网在物联网技术的应用中就更为普遍。互联网技术主要包括两个方面：一是感应技术，二是通信技术。感应技术可以有效扩展人类感官，从而实现对各种信息的高效感应和传输。借助互联网的便捷性，就可以实现长时间的远程传输与协作。与此同时，电脑技术还能延伸人脑功能，在数据的获取、分析和处理方面，人们的工作效率也得到了极大的提升。另外，通信技术还对神经系统进行了扩展，从而达到信息传播的目的。将感知技术、通信技术与电脑技术相结合，能够对传感器网络在近程通信及广域网络通信中的作用进行充分发挥，不仅可以利用移动通信和互联网来进行远程数据传输，还可以利用蓝牙与Wi-Fi来进行短程通信。

3 物联网技术在煤矿综合信息化建设中的现状分析

3.1 煤矿信息化建设现状

煤矿企业的信息化建设，是指利用信息化对企业进行转型，以信息化作为促进企业产业化发展的一个切入点。将现代管理科学、工程技术、物联网技术在煤矿企业管理中进行结合，能够实现对企业生产管理的全过程信息化建设[1]，从而提升企业的核心竞争力。当前，煤矿企业已经建成了能够适应业务信息化的基础设施，如数据、通信、视频网络等，并对人力资源管理、工程项目管理、企业资产管理以及数字化财务管理系统、自动化办公采购系统进行了建构。除此以外，许多企业还对商务、物流等信息平台进行了建设，而且还初步建成了人员定位系统、矿井下安全监控系统、调度通信系统、束管监测系统、工业电视系统、自动化控制系统、井下通信系统等。为了保证煤矿作业安全，还建立了相应的应急管理和隐患排查系统。

3.2 物联网在煤矿建设中的应用现状

（1）对人员进行定位。在矿井进出口、重点区域、禁闭区等地方设立读卡器分站，然后让每个工作人员携带一张定位卡，当他们经过读卡器分站时，分站的接收天线就能够准确感知定位卡发出的信号，然后再由分站对收到的信息进行处理，并将目标识别码从中提取出来，再由该分站发送给以太网[2]，最后传送到地面的监视服务器上。

（2）煤矿井下无线电通信技术。为了对基站发出的信号进行准确接收，就必须在矿井下安装一个无线基站，这样在信号通过基站发射出去以后，就能在定位手机、定位器之间形成一个无线信号链，这不仅能保证信息的及时传输，还能实现井下无线通信。

（3）装备清点管理的应用程序。利用物联网技术，我们可以在每台设备上都安装射频识别卡，这样就能对传输信号进行有效接收，借助信息接收天线，其信号就可以通过射频卡发送、天线调节来向读卡器进行传输，接收到信号的读卡器可以直接进行解码，然后再将解码过后的信号传输至后台主系统并进行相关处理，从而实现对设备异常或正常状态下的信息获取。

4 煤矿物联系统的体系结构

4.1 煤矿信息化建设目标

在自动化的基础上实现信息化建设，是煤炭企业信息化建设的主要目的，它可以推动煤矿生产过程中的综合自动化，从而促进企业的整体信息化进程，最后将生产过程自动化、企业管理信息化、安全监控数字化以及信息管理集约化结合起来[3]，并实现“三个统一平台”的信息化建设，即，以矿山工业以太环网为依据的“统一高速信息传输平台”；基于信息融合以及数据监控挖掘构建“一体化的综合软件系统”；一个基于智能化信息处理与连接的“一体化技术管理系统”。

4.2 综合信息集成架构

煤矿综合自动信息化建设，指的是构建一个全开放、全集成、整体操作自动化的煤矿开采信息服务平台，并将企业横向和纵向两方面的信息连接起来，综合整理管理、调度、计划、故障诊断、经营决策、现场控制和过程优化等信息，这样才能构建起一个具有广泛意义的管理系统。对企业信息化和自动化的全面建设，其具体工作内容主要包括以下三个方面：信息集成处理系统；矿山的生产自动化监测系统、矿山安全监测系统、矿山调度整合管理系统；企业经营管理与决策分析系统。构建一体化的信息管理平台，能够将整个矿山的一切资料都有效统一起来，从而为工作的高效开展提供依据。

4.3 综合信息化物联系统架构

基于矿井中已有的以太网络，采用了“以太网络+无线传感器网络”的方式，建立了矿井中的煤矿物联网系统。在该系统内，将自动控制技术、信息技术、计算机技术、通信技术等进行了有机结合，并把企业的生产、运行、管理看作一个统一的体系来进行管理和控制，从而实现矿井安全生产过程的信息化、自动化[4]。物联网系统的连接对象指向煤矿生产中的所有要素，这些要素都属于物联系统的基础架构和功能单元，比如，在矿井下的输送机、掘进机、各种交换机、感应器等设备以及工作人员等，对感知技术的有效使用让它具备了对数据信息的收集功能。

5 软件平台

在煤矿综合信息化系统的建设中，其信息化软件系统主要是集数据采集、处理、通信、图文显示、综合判断与控制为一体的数据应用系统，并且能够在不同的情况下进行快速准确的反应，并对其出现的问题进行及时处理，协调系统工作，从而实现有效监控的目的。在该软件平台上，将采用网络技术、数据库技术以及工业控制自动化技术等先进方法，对分散在各个区域内的多个煤矿现场安全监测信息展开集中收集和监视，并利用监控数据网络，将其统一地存储到一个工业数据库当中。同时，还能为煤炭企业各专业部门、调度室及时提供所需的实时监控数据。此外，综合信息化矿井软件管理系统还可以实现对整个矿井安全环境参数、生产工艺参数、历史曲线、参数实时曲线、报警信息等的采集，并且还可以发出相应的控制命令，远程启用或暂停井上、井下设备的子系统，通过控制中心计算机网络系统对井上井下各子系统设备的运行状况进行监控[5]。利用数据库接口建立与信息中心数据库的联系，就可以将该矿级信息系统与高层管理信息网进行连接，从而完成煤矿企业与高层管理部门之间的信息交换。用Web服务器将各子系统屏幕的检测信息和数据发送给Internet网，这样企业管理者和各部门就能通过网页的形式看到与控制中心各子系统一样的画面，方便各领导对矿井生产状况进行及时的查询和掌握。

6 网络平台

煤矿综合信息化网络平台将各个自动化子系统进行了有机整合，使全部的监控、监测、管理工作都能够在一个平台上来进行，从而提升了矿山的综合自动化程度，并且在保障矿井设备安全运行的情况下，还实现了煤矿开采的减员增效，并对煤矿的生产效率进行了有效提升。利用基于以太网的综合型全分布式控制系统，来保证综合信息化平台的可靠性、实时性、分散性、互操作性以及开放性等特点。在煤矿企业的综合自动化信息平台建设中，千兆以太环网主要作为平台的骨干网络架构，单模光纤作为通信媒介，其数据交换过程主要通过工业以太网交换机来实现。利用工业以太网将井上、井下各个子系统连接起来，将所有系统设备的控制和监控信息传送到中央控制室，并利用服务器进行数据采集，让工程师可以对各个子系统进行合理配置，从而实现对各个子系统的监视和控制。

7 结束语

目前，大部分矿井都处于一个信息化的阶段，但是大家逐渐认识到分开、独立的安全信息化体系会限制整个矿井的安全性作用。由单个项目走向一体化是信息化的主要发展方向。煤矿企业的集中控制、信息平台的集成和自动预警已经是煤矿企业的主要发展趋势。作为信息获取、传输、处理的新兴技术，物联网在煤矿综合信息化建设中起到非常重要的作用，推动我国煤矿行业的现代化建设。在矿井作业中，物联网技术可以真正实现自动化、信息化、智能化的生产管理目的。■