采煤机全生命周期服务系统研究.pdf

第 44卷 第 “ 期 2018年 6 月 工矿自动化 Industry and Mine Automation Vol. 44 No. 6 Jun. 2018 文章编号671-251X201806-0040-06 DOI 10. 13272/j. issn. 1671-251x. 2018020024 煤 机 全 生 命 周 期 服 务 系 统 研 究 曹现刚1 狄航1 杜青青1 许博远1 周展1 夏护国2 1.西安科技大学机械工程学院，陝 西 西 安 720000; 2.陝西煤业化工集团有限责任公司神南产业发展有限公司，陝 西 神 木 719300 摘要针对目前采煤机全生命周期管理存在的信息采集实时性和准确性偏低、无法进行唯一身份识别等 问题， 提出了一种基于射频识别（RFID的采煤机全生命周期服务系统设计方案。该系统将统一的电子产品 代码（EPC写 入RFID标 签 中 ， 通 过 识 别RFID标签来准确识别采煤机身份信息；通 过RFID读写器与标签 的配合， 可实现采煤机位置信息、 状态 信 息 等 的 实 时 采 集；采 用EPC信 息 服 务 （EPCIS事 件 描 述EPC所对 应的设备的状态信息变化，在服务平台进行数据整合与数据挖掘。该系统可实现采煤机全生命周期产业链 上各节点企业之间的信息交换和数据共享， 为采煤机全生命周期管理提供实时动态信息和决策支持。 关键词煤炭开采 采煤机全生命周期管理RFID; EPC; EPCIS事件 中图分类号TD632 文献标志码A 网络出版地址 Mttp //kns. cnki. net/kcms/detail/32. 1627. TP. 20180517. 1728. 005. html Research on whole life cycle service system of shearer CAO Xiangang1，DI Hang1 , DU Qingqing1，XU Boyuan1 , ZHOU Zhan1，XIA Huguo2 1. School of Mechanical Engineering, Xian University of Technology， Xian 720000，China; 2.Shennan Industry Development Co.， Ltd. , Shaanxi Coal and Chemical Industry Group Co.， Ltd.， Shenmu 719300， China Abstract In view of problems that current shearer life cycle management has low real-time perance and low accuracy of ination collection， and unable to uniquely identify shearer， a design scheme of RFID-based whole life cycle service system of shearer was proposed. The system encodes a unified electronic product code EPC code into an RFID tag， and uses the RFID tag to accurately identify identity ination of shearer; it achieves real time collection of status and position ination of shearer through cooperation of RFID reader and tag， and uses EPCIS event to describe status ination change of device corresponding to EPC， and data integration and data mining were carried out on service plat. The system can realize ination exchange and data sharing among enterprises at each node of industrial chain of whole life cycle of shearer， and provide real-time dynamic ination and decision support for whole life cycle management of shearer. Key words coal mining； life cycle management of shearer; RFID; EPC; EPCIS event 收 稿 日 期 2018-02-08;修 回 日 期 2018-04-17;责 任 编 辑 胡娴。 作 者 筒 介 曹现刚（ 1970 ），男，山东莒南人，教授，硕士研究生导师，主要从事设备维护、计算机监测与控制等方面的科研和教学工作，E-mail 172833610qq. com。 引 用 格 式曹现刚，狄航，杜青青，等.采煤机全生命周期服务系统研究工矿自动化，2018,446 40-45. C A O Xiangang， DI Hang， D U Qingqing， et al. Research on whole life cycle service system of shearer [J]. Industry and Mine Automation，2018,446 40-45. 2 0 1 8 年 第 6 期曹 现 刚 等 采 煤 机 全 生 命 周 期 服 务 系 统 研 究 1 〇 引言〇 引言 目前采煤机全生命周期管理存在的主要问题 ①采煤机状态信息为人工现场记录％ 和 丨 。② 业对采煤机 设备标 的编码 ％ ， 导致设备 与 等问题。③ i 出 采煤机 ％ ， 铭牌信息 ％ 采煤机身份混乱[13]。 网、 云计算、 大 等信息技术的发 展 ， 煤炭产业向自动化、 服务化、 智 能 化 方 断变 革 ， 对采煤机的 化 与 化制 出 〔 要求[4]。近年 学 （ Radio Frequency Identification， RFID 技 术 在 矿 山 定 位[ ]、 信息实时采集[ 6 7]、 设备全生 期 [ 8 9]中 的 研究％ 采煤机等综采设备的生 产 、 供应方 为 ， 现有的研究成果 采煤机的全生 期 。 ， 本文基 于设备全生 期 [1011]， 结合采煤机全生 期 程 中 的 实 际 需 求 ， 提 出 一种基于 RFID的采煤机全生 期 设计方案。该 系 统 采 用 统 一 的 电 子 产 品 代 码 （ Electronic ProductionCodeEPC编码规则[12]， 在采煤机的全 生命周期 的 码 其 ， 实现 业之间的 共享。 1系统设计系统设计 1.1 系统逻辑框架 RFID的采煤机全生命周期服务系统逻辑 框架如图1 所示。该 产业链上所有企业包含 内％ 标识获取采煤机制造、 运输、 销 售 、 使用、 报废等全生 期各阶段的 状态信息 与设备 信 息 分析采煤机制造环节 产生的质量信息和采煤机 程中的 维护信 息 ， 生成采煤机预测性维修计划。 5, 层包含 和企业应用。服 户可 平 台 用 采 煤 机 EPC 码 设备信息查询， 与 业的 数据共享方案为混合 机制， 如 化有一定 的设备的加工工序信息、 、 化有计 \ 化 的 设 备 的 信息 等 ， 采 的 分享机制， ， 平台采集 给相 关企业的 。 化 、 随机性 的 链 ， 采 的 共享机制， 这时可 的 设备 状态信 息 。 业 与 相关 的 业 格 式 的 可 扩 展 标 记 语 言 （ extensible Markup Language， XML数 据 流 与 feb S ervice服务进行 资源共享， 接口与 业节 业 关 ， 业 采 集 到的数据通过网络进行上传整合。若有节点企业进 设备 与方案制 需要其 业信息， 可 接 获得 。 1.2 系统网络构架 采 分 方 ， 应 用 RFID技术对采煤机及其关键部件进行身份标 识 ， 通 过 RFID读写器 设备状态信息的 化 采集， 采集到的 中间件的 、 过滤， 生成 EPC 信 息 服 务 （ EPC Ination Services， EPCISP事件后， 上传到节点企业本地的EPCIS服 务器 ， 并将事件 的 EPC编码与EPCIS 器地址信息上传到本地 解 器 Object Name Service， ONS， 最后各节点企业将本 地 ONS服务器中的信息上传到 的 ONS 服务器中。产 业 链 中 企 业 可 通 过 RFID内 的 EPC 码 平台上的 ONS 器找到企业本地 的 ONS 器 ， ， 地 EPCID 器 设 备信息。 网络架构如图2 所示。 图2采煤机全生命周期服务系统网络架构 Fig. 2 Network architecture of whole life cycle service system of shearer 2系统关键技术系统关键技术 2.1 EPC编码定义 结合采煤机在不同生命周期管理所需的设备信 息与 采煤机编码分类的 ， 采 用 GID-96编 码方 设备 标识[10]， 编码 1。 RFID芯片中存储的编码为二进制格式， 编码 头中的8 bit代 表 GID-96编码类型， 通用管理者编 号中的28 bit的编码结构为6-7-7-8,标识采煤机归 属企业的具体部门， 设备类别编码中的2 4 b it的编 码结构为6-6-6-6， 标 到米煤机及其关 表1 EPC编码规则 Table 1 EPC coding rules bit 码码设备类 码序 号 8282436 键部件的具体规格型号， 序 列 号 中 的 3 6 bit对采煤 机及其关键部件的数量 号 。采煤机编码 . 2。 8 bit编码头为00110101， 代 表 RFID标签的编 码规则为GID-96 类型编码。 个码段 〔 取 1 、 0作 为 采 煤 机 编 码 示 例 ， 则该采煤机 2 0 1 8 年 第 6 期曹 现 刚 等 采 煤 机 全 生 命 周 期 服 务 系 统 研 究 4 3 表2采煤机类别编码定义规则 Table 2 Definition rules of shearer class coding bit 迫码1 通用管理者 代码 设备类 代 码 序列号 生 产 使 用 厂 家 企 业 设备 类属 设备 类 类别 细分 规格 型号 18921 2236 374243 48 49 54556061 96 EPC 编 码 为 001101010000000000001000000000 00000100000100000100000100000100000000000000 0000000000000000000001，对应的 16 进制编码为 350008001041040000000000。 2.2 EPCIS事件定义 EPCIS事件是对RFID编码标识所对应设备的 状 态 信 息 变 化 的 描 述 ， E P C IS 事 件 定 义 可 分 为 EpcisEvent， ObjectEvent， AggregationEvent， QuantityEvent 和 TransactionEvent 五种基础核心 EPCIS事 件 ， 其 中 EpcisEvent事 件 是 通 用 EPCIS 事 件 ， 记 录 事 件 发 生 时 间 ， 其 余 个 事 件 为 EpcisEvent事件对应的子事件。ObjectEvent事件 是对象事件， 可 表 示 RFID编码标识所对应设备出 现 在 某 一 节 点 ； AggregationEvent事件是聚合事 件 ， 可表示多个RFID编码标识所对应的采煤机主 设备与关键部件的装配问题； QuantityEvent事件 是数量事件， 可表示同一仓库内含有RFID编码标 识的设备的总数量； TransactionEvent事件是交易 事件， 可表示含有RFID编码标识的设备所处的产 业链环节变更[1314]。一 个 完 整 的 EPCIS事件应能 够明确表示出一个单体设备在准确时间、 准确地点 所发生的状态变化等信息。EPCIS事件描述如图3 示 。 图3 EPCIS事件描述 Fig. 3 EPCIS event description 在采煤机使用环节所产生的综采工作面位置变 换信息所对应的EPCIS事件见表3。 3 EPCIS 事 件 Table 3 EPCIS event definition 业事件编码事件名称事件类 使用环节 0001 位置变动ObjectEvent 针对产业链各节点企业所应用的管理系统格式 和 应 用 数 据 类 型 多 样 性 的 问 题 ， 采 用 X M L 对 EPCIS事 件 进 行 描 述 ， 并将这些数据变为统一格 式 ， 达到各企业之间信息共享的目的。 2. 3 数据库设计 EPCIS 事 件 的 生 机 制 设 备 生 期 过 程 中 状 态 信 息 的 具 体 内 容 ， 设 计 能 够 记 录 EPCIS事件的结构化数据库， 以完整表述事件中所 包含的设备信息、 位置信息、 所处生命周期环节信 息 、 所处业务阶段信息、 从属关系信息、 设备状态信 息 、 记录时间等为目的， 应 用 Sql Server 2008搭建 系统数据库。主数据表格主要包括记录采煤机及其 关键部件 信息 的设 备 、 录设 备 其 关 键 部 件 从 关 关 信 息 的从 关 与 关 信息 表 、 记录设备实时位置的读写器列表与地理信息表、 录采煤机 关 业 关 的业 关 与业 阶段 表 、 记录设备管理信息的设备信息表。数据库实体 关系（ EntityRelationship， ER图如图 4 所示。 3系统实现与应用分析系统实现与应用分析 基 于 RFID的采煤机全生命周期服务系统基于 B/S 模式开发， 其优点是能够便捷支持各节点企业 通过浏览器进行信息查询。系 统 应 用 Spring Mvc 框架， 使 用 Java语言实现功能扩展， 通 过 JavaScript 技术编写系统页面， 应 用 Sql Server 2008数据库技 术进行数据存储， 并通过标准数据库访问集JDBC API 。 EPC 码 采 煤 机 码 ， 通过底层的RFID硬件部署， 实现采煤机状态数 据的实时采集， 并将这些信息提供给煤炭企业管理 系统进行应用。具体案例如图5 所示。 将符合采煤机编码原则的E P C 电子编码写入 RFID标签中， 并 将 该 RFID标签与采煤机绑定， 同 时将标签内部的EPC编码及与其相关联的采煤机 识别主数据（ 如 图 5 中①所示） 存储到服务系统数据 库中， 即可通过识别RFID标签来准确识别采煤机 身份信息。通 过 RFID读写器与标签的配合， 可实 现采煤机位置信息、 状态信息（ 如图5中②所示） 的 44 工 矿 自 动 化2 0 1 8 年 第 4 4 卷 Fig. 4Database ER diagram 图5采煤机全生命周期服务系统应用案例 Fig. 5 Application case oR whole life cycle service oR shearer 实时采集。这些信息正是采煤机管理过程中所需要 的关键信息， 可 给 业 ， 如 图 5 中③所示％ 采煤机的 信息 给煤炭企 业维修部门， 可实现维修信息的 采集， 无需人工 记录％ 工人的工作量％ 维修效率。 与 的采煤机 方法相比％ RFID的 采煤机全生 期 主要解决了 3 个问题 1用 RFID标签代替设备金 ， 实现了 采煤机身份的 ， 解决了人工识别方式繁琐、 出错的问题及因金 坏 采 煤 机 。 混 的 题 。 2 RFID 的 ， 现 米煤机位置信息、 业务信息等 状态信息的 J 化采集， 解决了人工现场记录采煤机 化 、 出入 、 所处工序等状态信息 的 、 人 员工作量大等问题。 3 集 与 业 ， 为企业提供设备 需的设备信息， 解决了以往 业设备 程 中 的 、 等 题 。 4结论结论 “ 基于采煤机全生命周期不同阶段的管理要 求及需求信息％ RFID技 立采煤机全生命 期 。RFID技 采煤机恶劣工 作 ， 设备 交互， 实现采煤机 状态信息的 采集。 “ 结合现有的采煤机编码原则， 应 用 RFID 标签内置的EPC编码给每台采煤机 标识代码％ 的设备标识代码 业 的采煤机 关联％ 平台进 整合、 分 ， 共享给采煤机全生 期产业 2 0 1 8 年 第 6 期曹 现 刚 等 采 煤 机 全 生 命 周 期 服 务 系 统 研 究 5 链上的各节点企业。 3该系统解决了采煤机全生命周期管理过程 中所遇到的设备标识混乱、 设备信息实时性偏低、 各 阶段设备信息无法有效关联、 整合、 共享等问题， 可 为采煤机全生命周期管理提供实时动态信息和决策 支持， 促进了采煤机全生命周期管理的自动化、 智能 化水平的提升。 参 考 文 献 （References 1 *陈 铎 ， 王 刚 .基于矿 山物 联网 的设 备 动态 管理 系 统 [】] .工矿自动化，2013,395 6-19. 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