智能化采煤机云平台设计研究

苏健

冀中能源邢矿集团山西古县老母坡煤业有限公司 河北邢台 054000

近年来，以互联网为代表的信息网络技术的崛起以及自动化技术的不断进步，有力地促进了采煤机信息化和全矿井综采自动化的发展，随着云计算技术的日益成熟，使得煤机装备制造企业通过互联网技术构建智能化采煤机云平台具有了应用基础。

1 采煤机互联网+数据上传采集系统的研究

1.1 工作面到顺槽可靠的无线/网络传输系统

在井下工作面，采煤机生产过程中主控系统采集机身传感监测系统获取的状态数据，在顺槽集控中心需配置采煤机顺槽通信服务器，采煤机经过不同的通信线路将数据传输到采煤机顺槽服务器实现顺槽监控。由于井下工作面条件恶劣，空间狭窄，主电缆跟随采煤机来回拖曳拉动时，综采设备高压、高频信号将会受到干扰，导致采煤机工作面和顺槽之间无法稳定地通信。针对上述问题，本文对采煤机从工作面到顺槽之间的通信方式进行了研究，在常规主电缆FSK载波通信的基础上，进行了无线WiFi通信/宽带载波/光纤通信方式的设计。

1.2 矿井顺槽到地面站的网络数据传输方案

目前采煤机顺槽到矿井地面通信采用的方式有光纤环网、专线通信等。国内大部分矿井已安装了光纤环网通信体系，比较容易实现的方式就是在采煤机顺槽控制箱侧引出一个数据接口接入矿井光纤环网，并通过环网交换机传输到地面主机。顺槽一般设备可以接入的接口有RS485、CAN接口和TCP/IP、EIP等网络接口，不同的矿井条件有差异，根据矿井顺槽现场可以提供灵活的通信接入方式和选择接入端。在数据上传到地面站主机后，通过地面站主机可以提供采煤机数据中继接口，进一步上传数据。无线WiFi通信利用电磁波无线方式传输数据，不依赖传统的线缆，能够适应不同工作面复杂的工况条件，相对于有线通信技术，具有抗干扰能力强、运行成本低、部署方便、便于维护等显著优势[1]。

1.3 基于互联网＋的数据上传应用接口

顺槽控制箱使用网络接口接入矿井光纤环网或专用网络通道，并与地面通信站进行通信，传输接收采煤机监控数据。地面通信站通过4G高速互联网或有线网络，将采煤机运行数据上传到云平台。本文通过本地互联网+通信数据接口，建立了矿井采煤机地面通信站数据上传到云数据库的通信体系。4G/5G技术和远程协助、远程桌面等应用方式，在当前得到越来越广泛的推广和应用，给互联网数据存储和数据访问带来了便利。

2 智能化采煤机云平台的设计

云平台的基本结构由IaaS、PaaS、SaaS3个层次组成，其中底层IaaS主要提供虚拟计算、存储、数据库等基础设施服务，可以更好地为应用系统的上线、部署和运维提供支撑，提升效率和资源利用率；中间层PaaS为用户提供构建应用程序的环境，可以给客户带来更高性能、更个性化的服务；顶层SaaS为用户提供基于云的应用，方便应用系统上线使用，面向客户端提供软件服务。

对采煤机云数据库进行调度和控制数据库数据采集任务，对接收到的各地矿井采煤机数据进行监控，可支持采煤机云端实时状态显示和智能故障诊断功能，并对用户提供基于云平台的远程实时技术支持；同时向授权用户或会员用户提供数据发布接口，共享数据。

2.1 权限设计

云平台权限设计如表1所示。

2.2 云端架构设计

云服务器1的功用：①安装MySQL数据库，存储基础配置信息；②安装IIS服务器，发布系统应用网站；③部署基础信息WebService，向客户端提供基础信息服务。云服务器2的功用：①安装MongoDB数据库，存储测点历史监测数据；②部署实时监测WebService，向客户端提供实时数据发布服务；③部署历史监测Web-Service，向客户端提供历史监测数据查询服务。2层结构体系满足IaaS、PaaS、SaaS的体系架构，保证系统的高并发使用和性能的扩展性[2]。

2.3 基础信息数据库设计

基础信息数据库主要存储设备、生产厂家、设备用户、登录用户、权限等基础配置信息，由于信息之间存在关联，符合结构化数据特点，且数据量有限，因此适合使用传统的关系型数据库来存储。

2.4 历史数据库设计

MongoDB属于NoSQL数据的一种，是一个开源的、模式自由的、面向文档存储的、分布式的数据库，是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品。文档是MongoDB中数据的基本单位，类似于关系数据库中的行（但是比行复杂）；集合就是一组文档，类似于关系数据库中的表；多个集合组成数据库。系统使用MongoDB存储矿井各类测点的历史监测信息。用一个数据库存储所有矿井的数据，集合对应设备，文档对应测点。

3 结语

基于互联网技术构建的智能化采煤机云平台，将煤矿井下采煤机生产运行数据从工作面主机传输到顺槽，然后从顺槽到矿井地面，并建立了从地面本地数据到云平台数据存储、监控、智能诊断的整套网络化远程监控体系，通过高效全面的数据采集，为用户提供采煤机云平台在线监测[3]、智能故障诊断与实时技术支持等服务。该云平台可通过对采煤机在工作面运行状态的实时连续采集、对设备的工作状态进行监控及评估、对出现的故障进行及时诊断预测和生成健康报告，并对用户进行数据发布和共享，提高了采煤机智能化水平，为今后采煤机智能化设计提供了参考和借鉴。