王少勇 張延凱

摘要：智慧礦山是現(xiàn)代化礦山的發(fā)展方向，井下運輸系統(tǒng)也向無人化、自動化發(fā)展，原采礦工程專業(yè)學生的實驗課還是針對老舊的井下運輸系統(tǒng)，大大降低了學生的現(xiàn)場實踐能力。為此，北京科技大學土木與資源工程學院實驗中心建設了國內第一套礦山井下信集閉運輸實驗教學平臺。論述了采礦工程專業(yè)實驗室建設的必要性及采礦工程實驗室建設的現(xiàn)狀，為我國采礦工程類院校的實驗室建設與管理提供一定的借鑒。

關鍵詞：信集閉；礦井運輸；實驗教學平臺；建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）15-0273-02

一、引言

隨著礦井信集閉運輸技術的不斷發(fā)展，如今計算機作為主控設備的無線網(wǎng)絡傳感器信集閉系統(tǒng)，引入智能控制，探索出一系列柔性調度算法，實現(xiàn)了自動化調度。而現(xiàn)代采礦工程類院校的實驗室主要還是傳統(tǒng)的采礦工藝、物理、化學分析實驗研究設備，隨著智慧礦山的建設與發(fā)展，傳統(tǒng)實驗研究顯然無法滿足現(xiàn)代化礦山對人才的培養(yǎng)需求。為此北京科技大學土木與資源工程學院實驗中心建設了國內第一套信集閉礦井運輸實驗教學平臺，重點服務本校的教學及科研，培養(yǎng)具有采礦技術、計算機基礎、網(wǎng)絡科技相關的復合性人才，同時給相關院校實驗室建設起到示范效應。

二、實驗平臺構建目標

礦山井下信集閉礦井實驗教學平臺的建設目標是推動礦山生產(chǎn)的無人化、自動化，培養(yǎng)適應建設現(xiàn)代化礦山的人才需求；為學生提供學習新技術、創(chuàng)新發(fā)展的平臺，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力，提高學生的專業(yè)實踐能力，推動信集閉輸?shù)V井運輸系統(tǒng)在采礦工程中的應用。

三、實驗平臺硬件建設

實驗教學平臺的硬件建設方面主要從實驗無線傳感器網(wǎng)絡和以工業(yè)以太網(wǎng)為核心的機車運輸系統(tǒng)二個方面入手。形成以通信、監(jiān)測、信息處理、計算機等技術構建的無線傳感器網(wǎng)絡為技術基礎，以工業(yè)以太網(wǎng)為核心的運輸系統(tǒng)的實驗平臺。

（一）實驗網(wǎng)絡平臺構建

1.實驗網(wǎng)絡平臺由無線傳感器節(jié)點、基站、顯示終端等構成。無線傳感器節(jié)點分為錨節(jié)點（Beacon）、車載節(jié)點，通過車載節(jié)點的周期性的發(fā)送探測包，錨節(jié)點接到探測包后，計算RSSI值并向基站路由，基站接收數(shù)據(jù)通過臨近基站服務器，臨近服務器解析接收到的數(shù)據(jù)包，完成終端顯示，實現(xiàn)機車的跟蹤定位、實時在線監(jiān)測，從而實現(xiàn)機車定位、生產(chǎn)調度、災害預警和搶險救災等功能。

2.基于無線傳感器節(jié)點的定位跟蹤系統(tǒng)，能夠有效解決超大規(guī)模組網(wǎng)過程中面臨的節(jié)點時延大、信號沖突和相互干擾等問題，結合自主開發(fā)的Mac協(xié)議、Ad-Hoc協(xié)議直接控制無線網(wǎng)絡傳感器射頻模塊，制定工作/休眠策略，增加射頻模塊的休眠時間，有效解決數(shù)據(jù)傳遞時延大、信號沖突，相互干擾等問題，有效增強了數(shù)據(jù)的融合能力，提高了實驗網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，使信集閉系統(tǒng)真正邁入實際應用階段。新建的網(wǎng)絡智能終端硬件及軟件系統(tǒng)，可進行二次開發(fā)，滿足不同功能的需求。利用信集閉運輸實驗教學平臺，可以開展創(chuàng)新實踐活動，同時也給老師、研究生提供科研平臺。

（二）機車運輸裝置平臺建設

井下機車運輸信集閉系統(tǒng)在智能安全與管理中起著重要作用，其主要功能是輔助運輸管理部門對各平巷、斜巷中的機車、牽引車、人員進行監(jiān)控、調度實現(xiàn)運行管理自動化。根據(jù)我國礦井下平巷和斜巷工作面環(huán)境的分析，確定本系統(tǒng)必須要能夠實時顯示井下機車運行狀態(tài)、機車位置、機車號、信號燈號和區(qū)段占用情況等特點。

四、實驗平臺軟件建設

通過信集閉礦井運輸實驗教學平臺的構建，實驗室將與設備商長期合作，不斷更新信集閉礦井運輸實驗教學平臺的硬件設施，不斷完善教學體系，為我國采礦類院校打造一座精品實踐教學平臺，推動采礦行業(yè)向智慧礦山不斷發(fā)展。

1.實驗平臺的建設。實驗教學平臺還處于開放式發(fā)展階段，隨著新技術、新工藝研發(fā)，工控設備、網(wǎng)絡設備的迭代更新、實驗室研究成果、礦山企業(yè)安全、環(huán)保、經(jīng)濟利益的訴求，將有效推動礦井信集閉運輸系統(tǒng)實驗平臺發(fā)展。

2.校企聯(lián)合課程建設。為確保信集閉系統(tǒng)實驗教學的發(fā)展，聯(lián)合研發(fā)一系列融合采礦工程特色課程體系，實驗室與企業(yè)聯(lián)合進行課程建設，培養(yǎng)具有采礦技術、計算機基礎、網(wǎng)絡科技的專業(yè)現(xiàn)代化建設人才。將北京科技大學信集閉運輸系統(tǒng)打造成采礦類院校中最具前沿科學、創(chuàng)新發(fā)展，服務于智慧礦山建設的井精品示范平臺。

3.MPS仿真模擬的建設。本實驗室采用PLC編程建立一套北科大信集閉礦井運輸系統(tǒng)，通過實驗室培訓，使學生掌握傳感器控制、PLC編程，提高實驗開放性、趣味性，加深師生對自動化控制的理解。

五、實驗教學項目的開展

信集閉運輸系統(tǒng)建成后，從根本上解決了繼電器、可編程序控制器主控系統(tǒng)結構復雜、可靠性差、控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)智能化等一系列問題。就可以實現(xiàn)運輸調度、可視化監(jiān)測、信息管理、自動化控制等項目系統(tǒng)仿真模擬實驗研究，結合分布式網(wǎng)絡結構工控計算機系統(tǒng)、無線數(shù)字網(wǎng)絡傳感器、礦山平行系統(tǒng)進行模擬仿真實驗研究，開展聯(lián)網(wǎng)設計、調度運輸、在線監(jiān)測等實驗項目。

1.《礦山安全技術及工程》實驗課程，利用該實驗平臺模擬仿真六大系統(tǒng)，開展人員定位、井下通訊、壓風自救等實驗，使學生熟悉指揮控制中心工作環(huán)境，掌握礦山安全避險系統(tǒng)的軟件操作；認識基站，了解基站布置情況。

2.《礦山運輸與提升》實驗課程，通過信集閉礦山運輸仿真系統(tǒng)模擬檢測車速、運行方向、車皮數(shù)等信息，通過井下無線網(wǎng)絡傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)據(jù)監(jiān)測收集，將數(shù)據(jù)由節(jié)點傳遞到分站，在通過分站發(fā)送至主機，實現(xiàn)機車運行軌跡多種信息的顯現(xiàn)。

3.該實驗平臺屬于軟硬件均可二次開發(fā)的實驗平臺，滿足礦山生產(chǎn)的不同功能需求，使學生、教師更好地利用實驗平臺進行相關的學習及科研工作。

六、結語

北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室具有與金屬礦山開采相關的物理、化學、生物機理研究實驗設備，隨著現(xiàn)代化礦山的不斷發(fā)展，建設一條與智慧礦山相關的實驗平臺尤為必要。信集閉運輸實驗平臺的建設，融合網(wǎng)絡技術、自動化技術，擴展了采礦學科的延伸發(fā)展，使學生的知識結構更加能夠適應企業(yè)。在以后的教學實驗過程中，我們將不斷地完善實驗課程，培養(yǎng)適應智慧礦山建設的人才需求。

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