CN102968101A - 基于图形化的矿井多系统联动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于图形化的矿井多系统联动控制系统及其控制方法，本方法将井下的多套系统进行集成和整合，对各离散系统的资源信息按照模拟量、布尔、计算、延迟、设备控制、开关量、事件动作、统计数据、文本、累计、趋势等数据类型进行分类组织共享，并通过图形化的组织方法对各系统之间的联合动作关系进行组态配置，形成联动预案，再通过联动预案调度执行模块进行实时判断执行。采用本方法后，当矿井中单个系统出现故障或检测到异常情况时，可根据预先设定的联动预案，控制关联的子系统采取相应动作，以提高矿井中各子系统的综合性能，可更加高效地应对突发事件，提高煤矿安全生产效率。

Description

基于图形化的矿井多系统联动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及矿井安全控制技术领域，公开了一种基于图形化的矿井多系统联动安全控制实现方法。

背景技术

现阶段煤矿企业矿井综合自动化与企业信息化难以融合，且网络难以统一、信息无法共享。各个矿井在进行综合自动化建设中，无章可循、自成体系，建设中不是以煤矿企业自身的意志和需求为转移，而是以生产厂家的产品为导向，同时，由于没有先进、正确的指导思想做指导，在各个生产子系统自动化建设与改造中，造成控制目的单一，效果平平，整体可靠性差；仅能考虑系统自身，无法考虑系统综合，忽略了系统间的联系和闭锁关系，从而形成信息孤岛，各子系统之间的调度和联动都需要依赖于监控人员的经验；且各子系统自成网络，使得网络资源重复投资、重复建设；建成的各子系统还需专门的值班和维护人员，系统维护量大。

发明内容

本发明为解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法，不仅能实现全矿所有数据的集中，更重要的是有机的整合了各个独立的子系统的数据，在各个子系统发出联动信号时，根据预先设定好的预案自动发送相应的执行动作命令给各子系统，系统也可以根据需要弹出预案提示，指导调度指挥人员进行正确及时的处置，还可以调用指定的子系统进行联动，及时高效地应对突发事件，提高事件响应速度和处理速度，通过该方法可以实现各个子系统之间信息共享及联动，从而使原来各个独立的子系统现在变成了一个整体无缝连接的大型系统。

由于联动调度执行系统能够把控制指令和方案设定结合起来，即控制中执行的方案是来自于配置部分预先设定的方案，这样既能够将指挥的及时控制和控制对象进行关联，又可以把调度控制做到最简化，降低系统监控指挥人员的操作复杂度和难度，提高事件响应速度和处理速度。

本发明的技术方案如下：

本发明基于图形化的矿井多系统联动控制系统，该系统包括：子系统接口模块、数据共享模块、联动预案库、联动预案图形化编制模块、联动预案调度执行模块、联动记录查询模块等组成。

基于图形化的矿井多系统联动控制系统，子系统接口模块分别与联动预案库和数据共享模块交互式连接；联动预案库分别与联动预案图形化编制模块和联动预案调度执行模块交互式连接；数据共享模块分别与联动预案图形化编制模块、联动预案调度执行模块和联动记录查询模块交互式连接。

子系统接口模块负责采集各个子系统的数据，然后存储到数据共享模块，联动预案图形化编制模块通过共享数据模块获取采集的各子系统数据点，配置生成触发事件库与产生事件库，然后由触发事件与产生事件配对、组合生成联动事件，生成的联动事件保存到联动预案库中。联动预案调度执行模块通过联动预案库读取配置好的联动预案，然后定时查询数据共享模块联动预案触发事件数据点当前数值，判断预案触发条件是否成立，一旦成立则执行联动预案产生事件的各种执行动作。

子系统接口模块 与各子系统之间通过工业以太网进行连接，负责采集各个子系统的数据，同时定时查询数据共享模块 数据点值，一旦发生变化，则自动发送相应的执行动作命令给各子系统；子系统接口模块 与各子系统间可通过以下通讯协议进行通讯：

l        与监控子系统的PLC主机之间

①.  Ethernet/IP现场总线

②.  Profibus 现场总线

③.  Modbus现场总线

l        与监控子系统的OPC服务器之间

①.  OPC客户端方式

l        与监控子系统的控制主机之间

①.  Socket接口

②.  DDE/NetDDE接口

③.  ODBC接口

④.  FTP方式

数据共享模块 与子系统接口模块 进行互联通讯，对子系统接口模块采集的各子系统数据进行组织并存储，对于存储数据，按照模拟量、布尔、计算、延迟、设备控制、开关量、事件动作、统计数据、文本、累计、趋势等数据类型进行分类管理；数据共享模块 以OPC服务及关系数据库的方式提供数据输出共享服务，同时接收联动预案调度执行模块 发出的动作命令作为数据输入。

联动预案图形化编制模块 通过共享数据模块 获取采集的各子系统数据点，配置生成触发事件库与产生事件库，然后由触发事件与产生事件配对、组合生成联动事件，生成的联动事件保存到联动预案库中，联动事件反映多套子系统之间的联动关系以及动作流程。

联动触发事件由各种比较关系构成，比较关系针对不同的数据类型进行分别处理：

①.  对于开关量进行与或运算比较；

②.  对于模拟量进行大小运算比较；

③.  对于文本量进行字符串比较；

④.  对于累计量对累计结果进行大小运算比较；

⑤.  对于布尔数据进行真假判断；

⑥.  对于复杂的联动条件可以通过设置中间计算量的方法处理，中间量是指自定义的子系统数据采集点，这个数据点的值的取得，可以通过使用预定义的动作或函数进行计算获得。

对于触发事件可以作为布尔类型数据继续参与运算比较，形成新的触发事件。

联动产生事件由各种执行动作组成，执行动作分以下类型进行处理：

①.  对于开关量，可以设置开闭状态，用于对子系统相关设备运行状态进行控制；

②.  对于子系统运行参数可以进行修改控制，通过改变子系统数据点模拟量数值实现；

③.  对于一些需要延时或者循环执行的动作，可以通过设置延时数据点或者定时器数据点与开关量及模拟量进行组合，形成组合动作的方式实现。

联动预案图形化编制模块采用流程图的方式展现，主要分为四部分：触发事件图形库；逻辑运算图形库；产生事件图形库；联动事件配置界面；在进行联动预案配置时，触发事件以及产生事件通过鼠标拖拽的方式直接拖放到配置界面，触发事件在界面上通过矩形表示，产生事件使用圆角矩形表示，延时处理采用三角形表示，循环处理采用八边形表示，在图形符号上双击则弹出事件数据点设置界面，事件之间的逻辑关系运用带箭头的连接线表示；触发事件之间的与或运算关系使用不同的图形符号表示，与运算采用圆角正方形表示，或运算采用菱形表示；联动事件则采用椭圆形符号表示；事件符号都配有详细的文字描述。

联动预案调度执行模块通过联动预案库读取配置好的联动预案，然后定时查询数据共享模块联动预案触发事件数据点当前数值，判断预案触发条件是否成立，一旦成立则执行联动预案产生事件的各种执行动作。

子系统接口模块首先通过联动预案库读取配置好的联动预案，筛选出联动预案产生事件数据点，然后定时查询数据共享模块联动预案产生事件数据点当前数值，一旦发现数据点数值发生变化，则自动发送相应的执行动作命令给各子系统。 

联动预案在执行时，联动预案调度执行模块以流程图的方式展现当前联动预案，根据联动预案执行进度，对应的事件符号则不停闪烁，同时事件符号采用不同的颜色表示触发事件条件是否成立或者产生事件是否执行，并且采用文字列表内容给予详细的描述，可以非常直观的了解到联动预案执行情况。

该方法具有WEB发布、历史数据记录功能。领导及监控人员可以使用浏览器通过联动记录查询模块查询到以前发生的联动事件，为事故分析、预防提供有力地决策。

本发明的优点是：通过本发明基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法可以使用户非常直观的以图形化的方式配置和调度联动指令，同时系统自动将各类联动信息进行收集，把各个系统的联动事件进行记录和管理，使监控人员集中精力关注于事件具体情况并且进行指挥，至于调度细节可以由联动控制环节完成。不像以往的调度和联动都需要依赖于监控人员的经验，而是直接通过报警联动处理程序完成，不需要逐一地具体落实怎么做。

 

附图说明

图1是本发明中系统组织结构图；

图2是本发明中联动预案模拟图；

具体实施方式

1、系统的搭建

系统在矿调度中心机房安装数据采集服务器、数据库服务器、WEB服务器、管理工作站、联动主机等硬件设备，在这些设备中分别安装有子系统接口模块（1）、数据共享模块（2）、联动预案库（3）、联动预案图形化编制模块（4）、联动预案调度执行模块（5）和联动记录查询模块（6）。

系统的组织结构图如图1所示。

子系统接口模块（1）与各子系统之间通过工业以太网进行连接，负责采集各个子系统的数据，然后存储到数据共享模块（2）。联动预案图形化编制模块（4）通过共享数据模块（2）获取采集的各子系统数据点，配置生成触发事件库与产生事件库，然后由触发事件与产生事件配对、组合生成联动事件，生成的联动事件保存到联动预案库（3）中。联动预案调度执行模块（5）通过联动预案库（3）读取配置好的联动预案，然后定时查询数据共享模块（2）联动预案触发事件数据点当前数值，判断预案触发条件是否成立，一旦成立则执行联动预案产生事件的各种执行动作。

依据子系统的系统结构、通讯方式的不同，子系统接口模块（1）与各子系统之间采用不同的通讯协议，如通过RS232、RS485、MODBUS，TCP/IP，FTP，OPC等协议从子系统的上位机、PLC、分站等设备采集数据或者发送控制命令。

2、数据共享模块实现

基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法通过两方面实现数据共享：

实时数据共享实现：系统设计有实时数据库，子系统接口模块（1）采集的各子系统实时数据直接存储到实时数据库，实时数据库提供OPC服务，各子系统、联动预案调度执行模块（5）、子系统接口模块（1）及联动预案图形化编制模块（4）等可以通过OPC直接获取各数据点值；

历史数据共享实现：系统设计有关系型数据库，支持标准的关系型数据库查询SQL，子系统接口模块（1）采集的各子系统实时数据以及联动事件记录在经过分析、处理过后直接保存到关系型数据库，联动记录查询模块（6）可以通过关系数据库查询到以前发生的联动事件，为事故分析、预防提供有力地决策。

3、联动预案图形化编制模块功能实现

首先在数据共享模块（2）中设置各子系统的运行状态采集点，这些采集点包括子系统编号、报警类型、控制站编号、被控设备编号及传感器编号等多种数据，对于有需要联动的点都按照联动的条件分别设置联动参数，这个数据点既可以是底层硬件设备检测的一个参数，也可以是自定义的一个数据点。对于类型为底层硬件设备检测的一个参数的数据点，直接使用检测到的状态值用于联动判断。对于需要对一个或多个底层硬件设备的参数进行判断运算后，生成的结果用于联动检测的自定义数据点，这个数据点的值的取得，可以通过使用预定义的动作或函数进行计算获得，如果系统预定义的动作或函数不能满足运算的需求，则需要编写相应的处理程序来取得所需的值。

联动预案图形化编制模块（4）通过共享数据模块（2）获取采集的各子系统数据点，配置生成触发事件库与产生事件库，然后由触发事件与产生事件配对、组合生成联动事件，生成的联动事件保存到联动预案库（3）中，联动事件反映多套子系统之间的联动关系以及动作流程。

联动触发事件由各种比较关系构成，比较关系针对不同的数据类型进行分别处理：

①.  对于开关量进行与或运算比较；

②.  对于模拟量进行大小运算比较；

③.  对于文本量进行字符串比较；

④.  对于累计量对累计结果进行大小运算比较；

⑤.  对于布尔数据进行真假判断；

⑥.  对于复杂的联动条件可以通过设置中间计算量的方法处理，中间量是指自定义的子系统数据采集点，这个数据点的值的取得，可以通过使用预定义的动作或函数进行计算获得。

对于触发事件可以作为布尔类型数据继续参与运算比较，形成新的触发事件。

联动产生事件由各种执行动作组成，执行动作分以下类型进行处理：

①.  对于开关量，可以设置开闭状态，用于对子系统相关设备运行状态进行控制；

②.  对于子系统运行参数可以进行修改控制，通过改变子系统数据点模拟量数值实现；

③.  对于一些需要延时或者循环执行的动作，可以通过设置延时数据点或者定时器数据点与开关量及模拟量进行组合，形成组合动作的方式实现。

联动预案图形化编制模块（4）采用流程图的方式展现，主要分为四部分：触发事件图形库；逻辑运算图形库；产生事件图形库；联动事件配置界面；在进行联动预案配置时，触发事件以及产生事件通过鼠标拖拽的方式直接拖放到配置界面，触发事件在界面上通过矩形表示，产生事件使用圆角矩形表示，延时处理采用三角形表示，循环处理采用八边形表示，在图形符号上双击则弹出事件数据点设置界面，事件之间的逻辑关系运用带箭头的连接线表示；触发事件之间的与或运算关系使用不同的图形符号表示，与运算采用圆角正方形表示，或运算采用菱形表示；联动事件则采用椭圆形符号表示；事件符号都配有详细的文字描述。

其中联动预案可根据需要设置，也可根据需要改变和删除。此外为了防止硬件误报的信号导致的误操作，本系统提供了自动和手动联动的选择，在手动方式下允许管理人员在面对突发事件时，经过核实确认后再进行相应的联动操作。

4、联动预案调度执行模块功能实现

联动预案调度执行模块（5）首先通过联动预案库（3）读取配置好的联动预案，然后定时查询数据共享模块（2）联动预案触发事件数据点当前数值，判断预案触发条件是否成立，一旦成立则自动根据联动预案处理数据共享模块（2）中相应的联动预案产生事件数据点数值；子系统接口模块（1）首先通过联动预案库（3）读取配置好的联动预案，筛选出联动预案产生事件数据点，然后定时查询数据共享模块（2）联动预案产生事件数据点当前数值，一旦发现数据点数值发生变化，联动处理模块被调用，首先判断预案执行的模式，如果为自动执行，则自动发送相应的执行动作命令给各子系统，如果是手动执行，就会自动在监控界面上显示提示信息，将当前报警类型所对应的联动处理预案和详细说明列出，供操作员选择是否执行。

联动预案调度执行模块（5）可以根据已经采集到的报警信息，进行确认性的初步联动，将各类报警的现场视频图像信息直接显示在计算机屏幕（或者大屏幕投影屏）上，使监控人员和指挥人员及时了解到报警现场的实际情况和严重情况。然后根据初步的判断，进行事件救险的指挥。联动预案在执行时，联动预案调度执行模块（5）以流程图的方式展现当前联动预案，根据联动预案执行进度，对应的事件符号则不停闪烁，同时事件符号采用不同的颜色表示触发事件条件是否成立或者产生事件是否执行，并且采用文字列表内容给予详细的描述。

由于联动预案调度执行模块（5）能够把控制指令和方案设定结合起来，即控制中执行的方案是来自于配置部分预先设定好的方案，这样既能够将指挥的及时控制和控制对象进行关联，又可以把调度控制做到最简化，降低系统监控指挥人员的操作复杂度和难度，提高事件响应速度和处理速度。

5、联动事件记录及查询实现

联动预案调度执行模块将各类联动信息进行收集，把各个系统的联动事件进行记录和管理，这些数据都存储到数据共享模块（2）关系数据库中。同时系统具有WEB发布功能，矿领导及监控人员可以使用浏览器通过联动记录查询模块（6）查询到每次发生的联动事件，为事故分析、预防提供有力地决策。

 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容的范围，故本发明的实质技术内容广义地定义于权利要求书中，任何他人所完成的技术实体或方法，若是与权利要求书所定义者完全相同，或是为同一等效的变更，均将被视为涵盖与本专利的保护范围之中。

Claims (10)

1.基于图形化的矿井多系统联动控制系统，其特征在于：该系统由子系统接口模块（1）、数据共享模块（2）、联动预案库（3）、联动预案图形化编制模块（4）、联动预案调度执行模块（5）、联动记录查询模块（6）组成；子系统接口模块（1）与各子系统之间通过工业以太网进行连接，负责采集各个子系统的数据，发送执行动作命令给各子系统。

2.根据权利要求1所述的基于图形化的矿井多系统联动控制系统，其特征在于子系统接口模块（1）分别与联动预案库（3）和数据共享模块（2）交互式连接；

联动预案库（3）分别与联动预案图形化编制模块（4）和联动预案调度执行模块（5）交互式连接；

数据共享模块（2）分别与联动预案图形化编制模块（4）、联动预案调度执行模块（5）和联动记录查询模块（6）交互式连接。

3.基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法，其特征在于：子系统接口模块（1）负责采集各个子系统的数据，然后存储到数据共享模块（2），联动预案图形化编制模块（4）通过共享数据模块（2）获取采集的各子系统数据点，配置生成触发事件库与产生事件库，然后由触发事件与产生事件配对、组合生成联动事件，生成的联动事件保存到联动预案库（3）中，联动预案调度执行模块（5）通过联动预案库（3）读取配置好的联动预案，然后定时查询数据共享模块（2）联动预案触发事件数据点当前数值，判断预案触发条件是否成立，一旦成立则执行联动预案产生事件的各种执行动作。

4.根据权利要求3所述的基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法，其特征在于：数据共享模块（2）与子系统接口模块（1）进行互联通讯，对子系统接口模块（1）采集的各子系统数据进行组织并存储，对于存储数据，按照模拟量、布尔、计算、延迟、设备控制、开关量、事件动作、统计数据、文本、累计、趋势等数据类型进行分类管理；数据共享模块（2）以OPC服务及关系数据库的方式提供数据输出共享服务，同时接收联动预案调度执行模块（5）发出的动作命令作为数据输入。

5.根据权利要求3所述的基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法，其特征在于：联动预案图形化编制模块（4）通过共享数据模块（2）获取采集的各子系统数据点，配置生成触发事件库与产生事件库，然后由触发事件与产生事件配对、组合生成联动事件，生成的联动事件保存到联动预案库（3）中，联动事件反映多套子系统之间的联动关系以及动作流程。

6.根据权利要求3所述的基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法，其特征在于：联动触发事件由各种比较关系构成，比较关系针对不同的数据类型进行分别处理；对于触发事件可以作为布尔类型数据继续参与运算比较，形成新的触发事件。

7.根据权利要求3所述的基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法，其特征在于：联动预案图形化编制模块（4）采用流程图的方式展现，分为四部分：触发事件图形库；逻辑运算图形库；产生事件图形库；联动事件配置界面。

8.根据权利要求3所述的基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法，其特征在于：联动预案调度执行模块（5）通过联动预案库（3）读取配置好的联动预案，然后定时查询数据共享模块（2）联动预案触发事件数据点当前数值，判断预案触发条件是否成立，一旦成立则执行联动预案产生事件的各种执行动作。

9.根据权利要求3所述的基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法，其特征在于：子系统接口模块（1）首先通过联动预案库（3）读取配置好的联动预案，筛选出联动预案产生事件数据点，然后定时查询数据共享模块（2）联动预案产生事件数据点当前数值，一旦发现数据点数值发生变化，则自动发送相应的执行动作命令给各子系统。

10.根据权利要求3所述的基于图形化的矿井多系统联动控制实现方法，其特征在于：联动预案在执行时，联动预案调度执行模块（5）以流程图的方式展现当前联动预案。

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