煤礦機電自動化監(jiān)控平臺設(shè)計研究

煤礦機電自動化監(jiān)控平臺設(shè)計研究摘要：針對煤礦企業(yè)目前存在的問題，在深入調(diào)研與分析的基礎(chǔ)上，本文給出煤礦機電自動化監(jiān)控平臺的解決方案。主要研究的是利用Web集成技術(shù)，將煤礦設(shè)備實時參數(shù)與各類生產(chǎn)信息，歷史數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，達(dá)到綜合管理目的。通過設(shè)計Web服務(wù)器端的相關(guān)功能與實現(xiàn)方法，根據(jù)煤礦企業(yè)現(xiàn)況提出系統(tǒng)運行方案。關(guān)鍵詞：煤礦機電，自動化，監(jiān)控平臺1概述當(dāng)前，全國煤礦企業(yè)的集成監(jiān)測正走向一個新的高度。其中最明顯的特點就是煤礦企業(yè)對信息化的概念與內(nèi)涵有了更為全面的認(rèn)識，企業(yè)內(nèi)部信息與資源一體化的趨勢日漸明顯：不僅體現(xiàn)在整體監(jiān)測、生產(chǎn)管理等集成的實施步驟上，還體現(xiàn)在優(yōu)化集成企業(yè)內(nèi)部的資源，包括硬件設(shè)備與監(jiān)測軟件的結(jié)合、監(jiān)控體系與決策體系的結(jié)合、監(jiān)測軟件與其他軟件之間的集成等。煤礦機電自動化監(jiān)控平臺的目標(biāo)是將煤礦底層生產(chǎn)車間，包括井下作業(yè)、瓦斯和給排水等安全檢測信息與各類生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)備參數(shù)實時展示給監(jiān)控中心與管理層，讓管理者與煤礦領(lǐng)導(dǎo)能夠清楚明確的了解礦上設(shè)備的生產(chǎn)狀況，及時對礦上生產(chǎn)設(shè)備的啟動與停產(chǎn)做出決策，減少重大事故發(fā)生的可能性。本文主要研究的是利用Web集成技術(shù)將煤礦設(shè)備實時參數(shù)與各類生產(chǎn)信息，以及設(shè)備在階段性生產(chǎn)過程中的歷史數(shù)據(jù)以Web的方式在網(wǎng)上發(fā)布，并通過系統(tǒng)的規(guī)則庫，對設(shè)備實時狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)等的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，達(dá)到故障設(shè)備報警的目的，使管理部門和領(lǐng)導(dǎo)能夠有效的對礦上生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度，實現(xiàn)礦上的安全經(jīng)濟生產(chǎn)，為管理層提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)，提升企業(yè)的競爭力，提高煤礦企業(yè)安全運作能力。2系統(tǒng)性能設(shè)計目標(biāo)本系統(tǒng)的實時監(jiān)測方案是通過讀取實時數(shù)據(jù)并顯示，而歷史數(shù)據(jù)的查詢則是通過與數(shù)據(jù)庫交互完成，實時數(shù)據(jù)在失去時效性后會通過一定的處理規(guī)則進(jìn)行處理，存入系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫。當(dāng)管理者或用戶通過Web進(jìn)行歷史報表或曲線查詢時，系統(tǒng)通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)完成相關(guān)功能。針對煤礦機電設(shè)備的實際情況，系統(tǒng)的性能要求如下：2.1數(shù)據(jù)的精確性。Web集成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均數(shù)據(jù)的精確性在系統(tǒng)中顯得尤為重要，數(shù)據(jù)的確切與否直接關(guān)系到實時信息的顯示是否有誤，甚至報警信息是否正確。除此之外，在采集數(shù)據(jù)的同時也不能錯誤修改井下設(shè)備與測點的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，否則可能會引發(fā)重大事故。這就要求系統(tǒng)在采集各類井下參數(shù)時的方法與傳輸協(xié)議就顯得尤為重要，采集方式也應(yīng)采用單向采集的方法，確保在獲取數(shù)據(jù)時不會修改現(xiàn)場設(shè)備中的數(shù)據(jù)。2.2數(shù)據(jù)的實時性。Web集成系統(tǒng)具有實時展示設(shè)備運行狀態(tài)與井下生產(chǎn)參數(shù)的能力，系統(tǒng)必須具備在規(guī)定時間段內(nèi)對數(shù)據(jù)有較高的處理能力，這就對底層數(shù)據(jù)采集后的預(yù)處理、存儲等功能有較高要求，同時對服務(wù)器端的數(shù)據(jù)傳輸與處理能力也是一個考驗。由于實時性的要求，本系統(tǒng)的響應(yīng)時間一般不能超過5秒，這需要在程序代碼編寫與服務(wù)器搭建時更為合理。2.3數(shù)據(jù)的安全性。煤礦生產(chǎn)的數(shù)據(jù)一般為企業(yè)的內(nèi)部機密，數(shù)據(jù)安全性是重中之重，用戶的權(quán)限應(yīng)能限制用戶修改系統(tǒng)運行參數(shù)，而不同權(quán)限的用戶所能訪問的數(shù)據(jù)內(nèi)容也不應(yīng)相同，一般僅為管理員才具有修改系統(tǒng)參數(shù)的權(quán)限。3系統(tǒng)整體設(shè)計3.1整體設(shè)計。本系統(tǒng)主要完成兩方面工作：一是完成煤礦井下生產(chǎn)設(shè)備與各類測點的實時監(jiān)測和報警，通過監(jiān)控中心的大屏幕展示給管理人員；另一方面是對存入數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理匯總，形成一段時間內(nèi)的各類設(shè)備報表與曲線，為設(shè)備管理人員提供設(shè)備運轉(zhuǎn)信息，這兩類功能都能夠通過Web網(wǎng)站的形式在網(wǎng)上發(fā)布，供遠(yuǎn)程用戶查詢。系統(tǒng)的主要硬件包括各類參數(shù)傳感器、底層設(shè)備PLC、底層設(shè)備監(jiān)測站、監(jiān)控中心主機與備用機組、Web服務(wù)器機組與客戶端瀏覽器等組成。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。3.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計。根據(jù)上述設(shè)計思想，結(jié)合礦上實際生產(chǎn)情況，所需要的數(shù)據(jù)庫表較多，表1列出了各主要數(shù)據(jù)庫表的類型、表名與用途。表1系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表本系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)來處理頻繁連接與出錯響應(yīng)的問題，連接池可以在內(nèi)存中預(yù)先建立數(shù)個與數(shù)據(jù)庫的連接，系統(tǒng)需要操作數(shù)據(jù)庫時便使用內(nèi)存中連接，在使用完畢后歸還到內(nèi)存中。數(shù)據(jù)庫連接池的基本思想是當(dāng)應(yīng)用程序需要與數(shù)據(jù)庫建立連接時，無需新建立連接，只要使用原本就存在于內(nèi)存中的連接即可，在連接使用完畢后放回內(nèi)存中，這樣就有效的減少了數(shù)據(jù)庫連接的建立與斷開次數(shù)，存儲于內(nèi)存中的連接由連接池管理系統(tǒng)管理，開發(fā)人員可以通過設(shè)置來操作連接池中連接的創(chuàng)建與刪除，以及連接的壽命等?？梢钥闯?，連接池可以提高程序運行效率，同時通過連接池管理機制對內(nèi)存中的連接進(jìn)行管理，能夠更好的處理無效連接的問題。4系統(tǒng)實現(xiàn)要解決的關(guān)鍵問題4.1頁面實時局部刷新。頁面實時模塊是Web集成監(jiān)測系統(tǒng)的核心，它從底層PLC與基層監(jiān)控站獲取數(shù)據(jù)源，通過Web界面向用戶展示所關(guān)心的信息，由于本系統(tǒng)是通過網(wǎng)頁向用戶展示，在實際操作中每次數(shù)據(jù)更新都刷新頁面的方法并不現(xiàn)實，這樣對服務(wù)器主機的性能影響非常大，同時造成不必要的刷屏現(xiàn)象，本系統(tǒng)最終決定采用Ajax來定時對網(wǎng)頁內(nèi)部分區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新。4.2集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫訪問。本系統(tǒng)采用ADO.NET技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的訪問，主要方法有使用DataReader方式與使用DataSet方式從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)，檢索出來的數(shù)據(jù)形成一個只讀只進(jìn)的數(shù)據(jù)流，存儲在客戶端的網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)內(nèi)，DataReader對象的read方法可以前進(jìn)到一下條記錄。在默認(rèn)情況下，每執(zhí)行一次Read方法只會在內(nèi)存中存儲一條記錄系統(tǒng)的開銷非常少，通常在創(chuàng)建DataReader之前必須先創(chuàng)建SQLCommand對象，然后調(diào)用該對象的ExecuteReader方法來構(gòu)造SQLdataReader對象。4.3界面實現(xiàn)。本系統(tǒng)的目標(biāo)是實現(xiàn)煤礦機電設(shè)備信息集成，除了頁面顯示數(shù)據(jù)的真實性與時效性之外，系統(tǒng)界面也在一定程度上影響管理人員與決策者的操作，一個友好的用戶界面能夠使得管理人員的操作變得更為簡單，降低了誤操作的可能性，同時簡潔高效的界面也能一定程度上增加軟件的經(jīng)濟效益。針對煤礦企業(yè)目前存在的問題，在深入調(diào)研與分析的基礎(chǔ)上，本文給出煤礦機電自動化監(jiān)控平臺的解決方案，根據(jù)企業(yè)情況，完善企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并針對系統(tǒng)硬件構(gòu)成復(fù)雜的情況設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸方案，完成數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的設(shè)計與優(yōu)化，設(shè)計Web服務(wù)器端的相關(guān)功能與實現(xiàn)方法，根據(jù)煤礦企業(yè)現(xiàn)況提出系統(tǒng)運行安全方案。使用C#語言，在.NET框架下實現(xiàn)基于Web的實時監(jiān)測與歷史數(shù)據(jù)分析處理功能，并對系統(tǒng)界面進(jìn)行開發(fā)設(shè)計。參考文獻(xiàn)