解決方案
IoT Solution

基于WF-IoT技術的煤礦作業環境實時監測系統


設計思想

由煤礦作業環境分析可知,礦井環境參數主要涉及粉塵、甲烷、氧氣、風量與負壓、井巷硐室和工作面溫度、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、二氧化硫等。這些環境參數的變化是導致煤礦事故的主要原因。因此,對環境參數的實時監測和控制是做好煤礦安全工作的前提和關鍵。

基于WF-IoT技術的煤礦作業環境監測系統,采用最先進實用的物聯網通信技術,通過靈活配置多型傳感器,實時對煤礦作業環境參數進行測量。經感知終端的前置處理,并由WF-IoT無線傳輸,各種參數信息通過WF-IoT網關接入WF-IoT云平臺,實現對煤礦作業環境現狀的分析、處理與管控。WF-IoT云平臺依據專家系統的評判和決策,向管理人員發出預警提示,及時對煤礦作業區發出控制指令來調節煤礦作業環境。移動服務系統實時為用戶推送相關信息,供其查閱和處理。

系統基本架構

煤礦作業環境監測系統以WF-IoT技術為基礎,采用云網端為網絡架構,構建四層應用體系,實現環境參數和決策控制信息的雙向實時通信,具體見圖1所示。

圖1 系統基本架構圖

整個系統由現場環境感知和執行、遠程信息傳輸、網絡接入信息服務和云服務信息處理等四部分組成。其中:

(1)現場環境感知和執行是整個系統的信息獲取源和環境調控機構,由兩種不同任務類型的感知終端(監測終端和執行終端)組成。監測終端解決環境參數的實時獲取,可以具有多種不同性質的傳感器,依據實際需要靈活配置傳感器種類;執行終端執行由WF-IoT平臺下達的控制指令,一般向具體的設備提供開關信號,如打開通風機、警鈴等。

(2)遠程信息傳輸主要是由WF-IoT網關組成,完成煤礦作業環境的信息雙向傳輸,是監測系統現場信息傳輸的通信信道。

(3)網絡接入信息服務主要是由WF-IoT網關通過IP\WiFi\2G\3G\4G等多種方式與網絡接入服務通信,實現監測網絡的廣域網接入。

(4)云服務信息處理是通過多種途徑對接WF-IoT云平臺,所有的環境狀態參數統一經專家系統的評判和決策,產生的各類數據可以完成控制信息的發送和預警信息的提示;移動終端可通過移動互聯網查詢各類數據。

感知終端

感知終端包括監測終端和執行終端,均以基本的WF-IoT無線通信控制器為基礎。其中:監測終端采集環境參數信息;而執行終端接受WF-IoT云平臺的指令,控制環境調控設備工作。

WF-IoT感知終端由傳感器模塊、唐芯處理器、無線通信模塊和電源模塊組成,其模塊結構見圖 2 所示。

圖2 WF-IoT感知終端原理圖


(1)傳感器模塊。由于煤礦生產作業環境需要采集的參數種類比較多,我們采用了多合一變送器技術,使一個感知終端可以同時對六類參數進行采集,實現傳感器模塊的具有較好的配置靈活性,大大提高了設備的利用效率。這種方案的感知終端具有較好的靈活性和適用性。

(2)電源模塊。WF-IoT終端可以采用內置電池和外接電源等兩種供電方式。鑒于復雜的煤礦作業環境,該方案主要采取高能量電池供電。由于采用了低功耗全系統設計,因此,WF-IoT終端在電池方式供電下可以長時間地穩定工作。

(3)唐芯處理器和無線通信模塊。主要對WF-IoT終端提供軟件定義配置、數據預處理以及遠程無線通信等功能。

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