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解决方案
IoT Solution

基于WF-IoT技术的煤矿作业环境实时监测系统


设计思想

由煤矿作业环境分析可知,矿井环境参数主要涉及粉尘、甲烷、氧气、风量与负压、井巷硐室和工作面温度、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫等。这些环境参数的变化是导致煤矿事故的主要原因。因此,对环境参数的实时监测和控制是做好煤矿安全工作的前提和关键。

基于WF-IoT技术的煤矿作业环境监测系统,采用最先进实用的物联网通信技术,通过灵活配置多型传感器,实时对煤矿作业环境参数进行测量。经感知终端的前置处理,并由WF-IoT无线传输,各种参数信息通过WF-IoT网关接入WF-IoT云平台,实现对煤矿作业环境现状的分析、处理与管控。WF-IoT云平台依据专家系统的评判和决策,向管理人员发出预警提示,及时对煤矿作业区发出控制指令来调节煤矿作业环境。移动服务系统实时为用户推送相关信息,供其查阅和处理。

系统基本架构

煤矿作业环境监测系统以WF-IoT技术为基础,采用云网端为网络架构,构建四层应用体系,实现环境参数和决策控制信息的双向实时通信,具体见图1所示。

图1 系统基本架构图

整个系统由现场环境感知和执行、远程信息传输、网络接入信息服务和云服务信息处理等四部分组成。其中:

(1)现场环境感知和执行是整个系统的信息获取源和环境调控机构,由两种不同任务类型的感知终端(监测终端和执行终端)组成。监测终端解决环境参数的实时获取,可以具有多种不同性质的传感器,依据实际需要灵活配置传感器种类;执行终端执行由WF-IoT平台下达的控制指令,一般向具体的设备提供开关信号,如打开通风机、警铃等。

(2)远程信息传输主要是由WF-IoT网关组成,完成煤矿作业环境的信息双向传输,是监测系统现场信息传输的通信信道。

(3)网络接入信息服务主要是由WF-IoT网关通过IP\WiFi\2G\3G\4G等多种方式与网络接入服务通信,实现监测网络的广域网接入。

(4)云服务信息处理是通过多种途径对接WF-IoT云平台,所有的环境状态参数统一经专家系统的评判和决策,产生的各类数据可以完成控制信息的发送和预警信息的提示;移动终端可通过移动互联网查询各类数据。

感知终端

感知终端包括监测终端和执行终端,均以基本的WF-IoT无线通信控制器为基础。其中:监测终端采集环境参数信息;而执行终端接受WF-IoT云平台的指令,控制环境调控设备工作。

WF-IoT感知终端由传感器模块、唐芯处理器、无线通信模块和电源模块组成,其模块结构见图 2 所示。

图2 WF-IoT感知终端原理图


(1)传感器模块。由于煤矿生产作业环境需要采集的参数种类比较多,我们采用了多合一变送器技术,使一个感知终端可以同时对六类参数进行采集,实现传感器模块的具有较好的配置灵活性,大大提高了设备的利用效率。这种方案的感知终?#21496;?#26377;较好的灵活性和适用性。

(2)电源模块。WF-IoT终端可以采用内置电池和外接电源等两种供电方式。鉴于复杂的煤矿作业环境,该方案主要采取高能量电池供电。由于采用了低功耗全系统设计,因此,WF-IoT终端在电池方式供电下可以长时间地稳定工作。

(3)唐芯处理器和无线通信模块。主要对WF-IoT终端提供软件定义配置、数据预处理以及远程无线通信等功能。

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