基于物聯(lián)網(wǎng)感知的煤礦設(shè)備管理系統(tǒng)研究及應(yīng)用

◎文/李建（淮北礦業(yè)<集團(tuán)>有限責(zé)任公司）

安全生產(chǎn)對(duì)煤礦企業(yè)生存發(fā)展具有決定性的意義，煤礦機(jī)電設(shè)備的安全可靠是煤礦安全生產(chǎn)的重要保證?，F(xiàn)實(shí)情況是,雖然隨著機(jī)械化水平的提高,煤礦機(jī)電設(shè)備投入逐年增加,投入的資金比例占到全礦井生產(chǎn)成本的40%以上，但是多數(shù)礦區(qū)普遍存在機(jī)電設(shè)備信息采集缺失、混亂，導(dǎo)致配件采購不標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家同型號(hào)設(shè)備安裝尺寸或型式不相同。機(jī)電設(shè)備管理不規(guī)范，給煤礦安全生產(chǎn)帶來隱患,給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。

基于物聯(lián)網(wǎng)感知的煤礦設(shè)備管理系統(tǒng)可以改變以往的煤礦信息采集方式，大大減少設(shè)備信息采集工作量，采集效率高,避免采集設(shè)備信息過程中人為的失誤和設(shè)備被盜用的情況發(fā)生，使煤礦管理人員能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地掌握設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息。從煤礦建設(shè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮，應(yīng)用該系統(tǒng)具有非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

一、主要研究?jī)?nèi)容

選擇淮北礦業(yè)集團(tuán)許疃煤礦作為試點(diǎn)礦，對(duì)該礦設(shè)備管理業(yè)務(wù)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，分析了設(shè)備管理的現(xiàn)狀，收集整理用戶需求，針對(duì)許疃煤礦企業(yè)設(shè)備現(xiàn)狀，對(duì)系統(tǒng)框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)感知的煤礦設(shè)備主動(dòng)管理系統(tǒng)的功能模型，確立了系統(tǒng)流程圖。

以保證系統(tǒng)開發(fā)過程的合理性和適應(yīng)性為出發(fā)點(diǎn)，分析煤礦設(shè)備管理關(guān)鍵技術(shù)，規(guī)劃并闡述了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，建立了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型及數(shù)據(jù)字典。

二、煤礦設(shè)備主動(dòng)管理系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

在需求分析的基礎(chǔ)上，決定采用管理平臺(tái)、讀寫器相結(jié)合的方式。分析煤礦設(shè)備管理系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)與工作流程，確定了系統(tǒng)硬件的組成結(jié)構(gòu)。以模塊化軟件設(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)，分析煤礦設(shè)備管理系統(tǒng)軟件的功能需求和性能需求，從而確定了系統(tǒng)軟件的組成結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1）。

圖1 煤礦設(shè)備主動(dòng)管理系統(tǒng)整體方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、煤礦設(shè)備主動(dòng)管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

按照安全性、實(shí)時(shí)性和可靠性的要求，選擇合適的EPC電子標(biāo)簽、符合系統(tǒng)要求的讀寫器等設(shè)備。進(jìn)行EPC電子標(biāo)簽及編碼、讀寫器和數(shù)據(jù)通信的設(shè)計(jì)。分析系統(tǒng)干擾來源，并采取相應(yīng)的抗干擾措施。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵在于感知層，而感知層的關(guān)鍵在于讀寫器。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的讀寫器具有數(shù)據(jù)傳輸自動(dòng)打開和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2）。

一般場(chǎng)合人員或物體移動(dòng)，讀寫器固定讀取進(jìn)入其可寫讀范圍的嵌入電子標(biāo)簽的人或物。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的讀寫器為移動(dòng)式，具有主動(dòng)獲取人員或設(shè)備信息的功能。

圖2 多功能物聯(lián)網(wǎng)讀寫器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

四、煤礦設(shè)備主動(dòng)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

分別對(duì)管理平臺(tái)、讀寫器和數(shù)據(jù)同步程序進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，針對(duì)設(shè)備固定信息的實(shí)時(shí)管理及設(shè)備動(dòng)態(tài)信息的更新，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的及時(shí)處理、用戶權(quán)限以及設(shè)備信息的查詢統(tǒng)計(jì)等功能（軟件設(shè)計(jì)流程見圖3）。

1.管理平臺(tái)設(shè)備管理軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

軟件開發(fā)工具采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言C#，設(shè)計(jì)出操作方便、互動(dòng)良好的人機(jī)界面，能夠直觀形象地顯示設(shè)備狀態(tài)以及相關(guān)信息，便于用戶全面了解整個(gè)設(shè)備主動(dòng)管理系統(tǒng)的狀態(tài)。分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫，利用MS SQL Server2005數(shù)據(jù)庫進(jìn)行開發(fā)，建立了數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。編程中采用了C#中LINQ數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，增強(qiáng)了面向用戶的數(shù)據(jù)管理功能，方便了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與查詢統(tǒng)計(jì)。

2.讀寫器設(shè)備數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

嚴(yán)格按照煤礦設(shè)備管理系統(tǒng)需求分析要求的系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用功能強(qiáng)大的Windows CE系統(tǒng)及C#智能設(shè)備開發(fā)技術(shù)，主要對(duì)讀寫器讀取電子編碼、解析與逆解析編碼、寫入及修改EPC電子標(biāo)簽等部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

圖3 軟件設(shè)計(jì)流程圖

3.數(shù)據(jù)同步程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

管理平臺(tái)與讀寫器之間的通信選擇主從方式。在管理平臺(tái)安裝了Microsoft ActiveSync同步插件之后，其中管理平臺(tái)處于主動(dòng)態(tài)，由管理平臺(tái)發(fā)出連接讀寫器設(shè)備及獲取最新煤礦設(shè)備動(dòng)態(tài)信息等操作之后，讀寫器將采集的最新設(shè)備信息同步到管理平臺(tái)及管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中。

五、應(yīng)用情況

成果在淮北許疃煤礦應(yīng)用以來，在設(shè)備到貨、入庫、領(lǐng)用、送修、維修驗(yàn)收、使用交接等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備在企業(yè)的使用過程和周轉(zhuǎn)過程的全程跟蹤，使設(shè)備管理者可隨時(shí)查詢到某一臺(tái)設(shè)備在企業(yè)中的所有周轉(zhuǎn)過程等信息，同時(shí)了解所有設(shè)備正常、待修、維修、報(bào)廢等狀況，對(duì)不同生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，使設(shè)備檢修、設(shè)備維護(hù)、零備件配件科學(xué)有序。其功效主要表現(xiàn)在以下方面。

一是將RFID技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下的設(shè)備管理，提高了煤礦設(shè)備管理的效率和準(zhǔn)確度，使管理人員及時(shí)了解到設(shè)備的狀態(tài)。

二是以成本控制、信息共享和分布式管理以及用戶使用的便捷性、高效性、安全性、友好性為目標(biāo)，用統(tǒng)一的設(shè)備編碼管理方式對(duì)機(jī)電設(shè)備全生命周期進(jìn)行全面的動(dòng)態(tài)管理。

三是在煤礦井下惡劣環(huán)境中，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和可靠性。本系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)都采用了模塊化的設(shè)計(jì)方式，最大的特點(diǎn)是改變了傳統(tǒng)的煤礦設(shè)備管理高投入的方式，實(shí)現(xiàn)了采用RFID技術(shù)采集煤礦井下設(shè)備信息的功能。

將本成果的硬件和軟件設(shè)計(jì)稍加改變即可移植到其他的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景。