基于信集闭系统的矿井运输实验教学平台构建

来源:用户上传      作者:

　　摘要：智慧矿山是现代化矿山的发展方向，井下运输系统也向无人化、自动化发展，原采矿工程专业学生的实验课还是针对老旧的井下运输系统，大大降低了学生的现场实践能力。为此，北京科技大学土木与资源工程学院实验中心建设了国内第一套矿山井下信集闭运输实验教学平台。论述了采矿工程专业实验室建设的必要性及采矿工程实验室建设的现状，为我国采矿工程类院校的实验室建设与管理提供一定的借鉴。
　　关键词：信集闭；矿井运输；实验教学平台；建设
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）15-0273-02
　　一、引言
　　随着矿井信集闭运输技术的不断发展，如今计算机作为主控设备的无线网络传感器信集闭系统，引入智能控制，探索出一系列柔性调度算法，实现了自动化调度。而现代采矿工程类院校的实验室主要还是传统的采矿工艺、物理、化学分析实验研究设备，随着智慧矿山的建设与发展，传统实验研究显然无法满足现代化矿山对人才的培养需求。为此北京科技大学土木与资源工程学院实验中心建设了国内第一套信集闭矿井运输实验教学平台，重点服务本校的教学及科研，培养具有采矿技术、计算机基础、网络科技相关的复合性人才，同时给相关院校实验室建设起到示范效应。
　　二、实验平台构建目标
　　矿山井下信集闭矿井实验教学平台的建设目标是推动矿山生产的无人化、自动化，培养适应建设现代化矿山的人才需求；为学生提供学习新技术、创新发展的平台，激发学生的创新能力，提高学生的专业实践能力，推动信集闭输矿井运输系统在采矿工程中的应用。
　　三、实验平台硬件建设
　　实验教学平台的硬件建设方面主要从实验无线传感器网络和以工业以太网为核心的机车运输系统二个方面入手。形成以通信、监测、信息处理、计算机等技术构建的无线传感器网络为技术基础，以工业以太网为核心的运输系统的实验平台。
　　（一）实验网络平台构建
　　1.实验网络平台由无线传感器节点、基站、显示终端等构成。无线传感器节点分为锚节点（Beacon）、车载节点，通过车载节点的周期性的发送探测包，錨节点接到探测包后，计算RSSI值并向基站路由，基站接收数据通过临近基站服务器，临近服务器解析接收到的数据包，完成终端显示，实现机车的跟踪定位、实时在线监测，从而实现机车定位、生产调度、灾害预警和抢险救灾等功能。
　　2.基于无线传感器节点的定位跟踪系统，能够有效解决超大规模组网过程中面临的节点时延大、信号冲突和相互干扰等问题，结合自主开发的Mac协议、Ad-Hoc协议直接控制无线网络传感器射频模块，制定工作/休眠策略，增加射频模块的休眠时间，有效解决数据传递时延大、信号冲突，相互干扰等问题，有效增强了数据的融合能力，提高了实验网络的稳定性，使信集闭系统真正迈入实际应用阶段。新建的网络智能终端硬件及软件系统，可进行二次开发，满足不同功能的需求。利用信集闭运输实验教学平台，可以开展创新实践活动，同时也给老师、研究生提供科研平台。
　　（二）机车运输装置平台建设
　　井下机车运输信集闭系统在智能安全与管理中起着重要作用，其主要功能是辅助运输管理部门对各平巷、斜巷中的机车、牵引车、人员进行监控、调度实现运行管理自动化。根据我国矿井下平巷和斜巷工作面环境的分析，确定本系统必须要能够实时显示井下机车运行状态、机车位置、机车号、信号灯号和区段占用情况等特点。
　　四、实验平台软件建设
　　通过信集闭矿井运输实验教学平台的构建，实验室将与设备商长期合作，不断更新信集闭矿井运输实验教学平台的硬件设施，不断完善教学体系，为我国采矿类院校打造一座精品实践教学平台，推动采矿行业向智慧矿山不断发展。
　　1.实验平台的建设。实验教学平台还处于开放式发展阶段，随着新技术、新工艺研发，工控设备、网络设备的迭代更新、实验室研究成果、矿山企业安全、环保、经济利益的诉求，将有效推动矿井信集闭运输系统实验平台发展。
　　2.校企联合课程建设。为确保信集闭系统实验教学的发展，联合研发一系列融合采矿工程特色课程体系，实验室与企业联合进行课程建设，培养具有采矿技术、计算机基础、网络科技的专业现代化建设人才。将北京科技大学信集闭运输系统打造成采矿类院校中最具前沿科学、创新发展，服务于智慧矿山建设的井精品示范平台。
　　3.MPS仿真模拟的建设。本实验室采用PLC编程建立一套北科大信集闭矿井运输系统，通过实验室培训，使学生掌握传感器控制、PLC编程，提高实验开放性、趣味性，加深师生对自动化控制的理解。
　　五、实验教学项目的开展
　　信集闭运输系统建成后，从根本上解决了继电器、可编程序控制器主控系统结构复杂、可靠性差、控制系统无法实现智能化等一系列问题。就可以实现运输调度、可视化监测、信息管理、自动化控制等项目系统仿真模拟实验研究，结合分布式网络结构工控计算机系统、无线数字网络传感器、矿山平行系统进行模拟仿真实验研究，开展联网设计、调度运输、在线监测等实验项目。
　　1.《矿山安全技术及工程》实验课程，利用该实验平台模拟仿真六大系统，开展人员定位、井下通讯、压风自救等实验，使学生熟悉指挥控制中心工作环境，掌握矿山安全避险系统的软件操作；认识基站，了解基站布置情况。
　　2.《矿山运输与提升》实验课程，通过信集闭矿山运输仿真系统模拟检测车速、运行方向、车皮数等信息，通过井下无线网络传感器网络节点的数据监测收集，将数据由节点传递到分站，在通过分站发送至主机，实现机车运行轨迹多种信息的显现。
　　3.该实验平台属于软硬件均可二次开发的实验平台，满足矿山生产的不同功能需求，使学生、教师更好地利用实验平台进行相关的学习及科研工作。
　　六、结语
　　北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室具有与金属矿山开采相关的物理、化学、生物机理研究实验设备，随着现代化矿山的不断发展，建设一条与智慧矿山相关的实验平台尤为必要。信集闭运输实验平台的建设，融合网络技术、自动化技术，扩展了采矿学科的延伸发展，使学生的知识结构更加能够适应企业。在以后的教学实验过程中，我们将不断地完善实验课程，培养适应智慧矿山建设的人才需求。
　　参考文献：
　　[1]黄海龙，曲晓海.基于Adobe平台工程训练立体教材的建设研究[J].中国现代教育装备，2015，（23）：66-69.
　　[2]华钢，左明.轨道运输监控系统的建模与控制算法的研究[J].中国矿业大学学报，1998，27（1）：90-94.
　　[3]李玉良，马勇，于洪珍.KJ41井下机车运输信集闭监控系统研制与应用[J].煤炭科学技术，1996，（5）：39-42.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-14727005.htm