WIFI技术在综采设备监测数据传输中的应用

引言

随着矿井现代化、自动化建设的不断推进，井下机电设备自动化程度不断提升，为矿井实现减人增效目标创造了良好条件[1-3]。现阶段多数煤矿井下已铺设有工业以太网环网，地面监控中心工作人员可远程掌握各关键位置（输送机机头、转载机、水泵房等）设备运行情况。受到井下环境影响，综采设备监测数据采用有线铺设时需要作业人员频繁移动电缆，不仅增加了作业人员工作强度而且容易导致线缆损坏[4-7]。为此，提出将WIFI技术应用到该综采设备数据传输中，以避免在综采工作面内铺设大量的线缆，提高数据传输效率。

1 WIFI技术及传输天线

WIFI技术在民用、地面企业中应用较为广泛，主要结构包括有AP（无线访问节点）、无线网卡（CPE）等构成。配备有无线网卡的电子设备均可通过AP传输数据。现阶段天线种类繁多，根据综采工作面环境以及使用需要，选用板状基站天线作为无线信号传输及发射天线[8]。板状基站天线具备密封性能可靠、增益高、可靠性强等优点，可适应综采工作面恶劣且复杂环境。具体板状基站天线技术指标见表1。

2 现场实施及关键技术分析

2.1 无线网络拓扑结构

井下采面综采设备WIFI通信的主要通道为已有的工业以太网环网，整个通信系统的框架是以Ethernet接口为基础的TCP/IP协议，在综采工作面采用WIFI无线网络进一步延伸通信系统，从而实现无线传输与有线传输间的融合，具体综采工作面网络拓扑结构见图1。在综采工作面布置无线传输网络为已有的有线传输扩展，无线基站间采用有线连接方式，从而提升无线网络的可靠性，并具备低延时特点。

表1 板状基站天线技术指标

图1 综采工作面网络拓扑结构

在综采工作面内布置的WIFI网络可实现对全覆盖，实现综采设备监测数据的远程传输。在采面内布置的WIFI系统结构包括有网络交换机、UPS电源、板状基站天线等，实现监测数据接收、发送等功能。

2.2 无线基站

在综采工作面采用的无线网络综合VOIP技术、WIFI技术、无线定位技术以及视频解码接收，可实现视频通话、无线定位、数据传输等功能。采用的无线基站型号为KF15-F1,基站工作频率为2.4 GHz，发射功率100 mW，满足IEEE802.11g标准要求，数据传输速度达到54 Mbps，可适应综采工作面高粉尘、瓦斯等环境。基本支出CPE、AP以及桥接等多种无线传输方式。选用的KF15-F1无线基站额定工作电流、电压分别为800 mA、12 V，有效覆盖半径可达500 m，采用TCP/IP通信协议，是井下综采工作面无线信号的接入点。

2.3 综采设备机载无线通信模块硬件结构

综采工作面主要设备为JOY生产的采煤机、采煤机液压支架以及刮板输送机等，在综采设备原有的传输传输接口基础上增加布置基于WIFI无线传输网络的CPE设备用以采集采煤机、液压支架以及刮板输送机等设备电控箱数据，并通过WIFI网络将监测数据传输给AP单元，AP单元与采面设备列车上的核心交换机连接，经过以太网将数据传输至地面监控中心。具体采煤机监测数据传输过程见图2。

图2 采煤机监测数据传输过程

天线是无线信号传输的主要收发设备，其运行效率直接影响无线设备使用方式以及通信能力。在采煤机上布置的无线网卡（CPE）天线采用玻璃钢全向天线，采用水平方式布置在采煤机顶护板下侧。采面机头、机尾布置的无线基站（AP）天线采用低剖面板状天线，并布置悬吊安装到机尾、端头支架上。

3 实现功能分析

将WIFI技术应用到采面综采设备监测设备传输中，可有效解决采煤机、液压支架等综采设备移动过程中线缆破断或者调制解调器故障等导致监测数据无法及时上传等问题，可实现综采设备监测数据的可靠传输。在机头、机尾等相对固定位置安装通信站可进一步扩展综采工作面无线传输功能，为后续安装视频监控设备创造条件。

综采工作面通过WIFI技术实现综采设备监测数据无线传输后，监控中心可掌握采煤机等设备运行参数、报警信息等，可及时发现生产过程中存在的或者潜在故障。具体采煤机监测画面见图3。

4 结语

图3 采煤机监测画面

将无线WIFI技术应用到井下综采设备监控数据传输中，可有效避免传统有线传输方式存在线缆频繁移动、容易破损以及调制解调器容易损坏等问题，同时WIFI网络具有便于部署、组网灵活、实用性等优点。将综采工作面内布置的WIFI网络与井下已经有工业以太网相结合，地面调度中心可实时掌握采煤机等设备参数，便于管理。通过在综采工作面布置WIFI无线网络可为后续综采工作面自动化生产、远程视频监控等功能的实现奠定基础。