CN108696527B - 一种用于矿井自动化系统的实时数据传输系统 - Google Patents

一种用于矿井自动化系统的实时数据传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于矿井自动化系统的实时数据传输系统，该系统能动态读取矿井自动化系统OPC Serve服务中的实时数据，并进行数据的统计、分析、展现。系统包括OPC Server数据读取器，数据接收器，数据统计分析器，数据分发器、线程管理单元。不需要部署客户端程序、运行维护简单。使用本发明系统，具有运行稳定可靠、响应速度快、监控分析信息丰富等特点。还对主排水泵、通风机、空压机、主运皮带等设备运行时间进行统计，对主井提升钩数进行统计，对皮带运行状态(满载、空载)、设备故障情况等进行分析判断，为科学调度指挥生产、合理安排设备使用检修提供依据。

Description

一种用于矿井自动化系统的实时数据传输系统
技术领域
本发明属于煤矿监测监控领域，尤其涉及一种用于矿井自动化系统的实时数据传输系统。
背景技术
煤矿远程监测监控在煤矿安全生产方面起着日益重要的作用，通过远程监测监控可使煤矿管理人员能及时、准确了解矿井主要生产系统运行状态，从而科学调度指挥生产，避免和防止煤矿安全事故的发生。如何准确可靠地读取矿井自动化系统的实时数据，是实现矿井远程监控系统的重要保障。
目前读取矿井自动化系统的实时数据方法主要有以下二种：
一种是Windows桌面(单机)版、C/S架构的监测监控系统，上位机监控画面是利用组态软件(IFIX、或Rs view等)编制，组态软件可以通过(KEP Server或RS Link等)OPCServer(OPC是OLE for Process Control的缩写。顾名思义，OPC是一种利用微软的COM/DCOM技术来达成自动化控制的协定)通讯软件和底层PLC设备直接通讯，取得矿井自动化系统实时数据；但在使用过程中主要存在以下缺点：Windows桌面(单机)版的监测监控系统是不具备Web发布功能，用户范围比较窄；C/S架构的监控系统，用户需要安装客户端程序，系统维护困难；另外组态软件不具备数据的统计分析功能，也严重制约了系统的使用效果。
另一种是B/S架构的监控系统主要是通过实时数据库与底层设备的OPC数据连接，读取实时数据。但是在使用过程中实时数据库与OPC Server服务器之间经常出现连接断线情况，必须重启OPC数据读取程序方可正常进行数据的读取。另外国内绝大部分煤矿使用的B/S架构监测监控系统还存在以下问题：监测信息量少、无统计分析数据、页面响应慢等缺点。
可见在煤矿监测监控系统中，如何实时读取矿井自动化系统可编程序控制器(或电力监控分站)动态OPC数据,如何方便、快捷实现矿井自动化系统动态OPC数据实时传输，同时对数据进行统计、分析，是目前在煤矿监测监控系统研究中需要认真解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明解决煤矿自动化控制系统底层数据与B/S架构的监控系统之间数据动态实时传输问题，实现不同系统之间数据共享，消除信息孤岛；重点解决传统传输方式存在的“死机”情况，以及监测信息量少、页面响应慢等问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种用于矿井自动化系统的实时数据传输系统，其特点是能动态读取矿井自动化系统OPC Serve服务中的实时数据，并进行数据的统计、分析、展现。本发明系统包括OPC Server数据读取器，数据接收器，数据统计分析器，数据分发器、线程管理单元；
所述OPC Server数据读取器用于对矿井自动化系统底层设备(可编程控制器或电力监控分站等)的OPC Server通讯数据进行访问采集，并通过TCP/IP协议，将采集的数据打包成实时数据包发送给线程管理单元；
所述线程管理单元对矿井单位发送过来的实时数据包形成独立的线程进行管理、分配与调度，并发送给数据接收器；数据接收器接收部署在矿井数据读取器发送过来的数据是比较耗时的操作，为减少用户等待时间本发明开辟单独的线程来执行数据接收操作，线程管理单元用来进行线程创建、就绪、阻塞、运行、撤销等状态管理，并按照分时调度模型对多线程进行调度。
数据接收器对线程管理单元分配的实时数据包进行解析，并对数据传输状态进行判断，同时将正确的数据发送到数据统计分析器；在矿方OPC Server数据读取器发送过来的数据，每个可编程序控制器(或电力监控分站)为一组数据，每组数据第一个字符代表数据状态，当数据状态值为“True”则代表数据传输正常，当数据状态值为“False”则代表数据传输不正常。
所述数据统计分析器根据接收的数据进行统计分析，得到统计分析结果并将其存储在SQL数据库中；
所述数据分发器用于将SQL数据库中存储的实时数据以HTTP协议进行发布。
所述OPC Server数据读取器具备自动连接功能，OPC Server数据读取器自动判断每组数据的传输状态，当连续两次读取同一组数据传输状态均为False，则判定该组数据OPC Server服务器出现故障，并删除数据项和数据组；同时系统不停监测该OPCServer服务器通讯状态，当通讯状态恢复正常时，重新加载数据组和数据项，恢复数据正常接收，当故障排除后，OPC Server数据读取器能够自动重新连接；不需人工干预；
所述OPC Server数据读取器中OPC数据项直接从Excel表中导入，当OPC Server数据点表发生变化时，只需直接修改Excel表，不用修改程序，给后续的维护工作提供了方便；(OPC数据项是OPC Server数据服务器专业术语；Excel表中存有相应的数据项)
OPC数据更新方式使用订阅方式，PC Server服务器只更新发生变化的OPC数据，极大地减轻了OPC服务器和网络的负担，提高了系统的可靠性。
与数据接收器之间的数据使用异步加密的方式进行传输。
在OPC Server数据读取器中对每一个OPC组发送过来的数据进行检验，如接收和发送的同一数据数量不一致，将放弃本次访问。
在OPC Server数据读取器中对每一个OPC组发送过来的数据状态进行检验，并根据数据组的状态判断相应的PLC是否处于在线状态。
所述数据统计分析器执行如下步骤：
步骤1，根据接收的数据，对皮带运行状态进行判断，判断皮带运行状态是满载还是空载；
步骤2，对采煤工作面煤机割煤刀数进行统计，并形成每日煤机割煤曲线图；
步骤3，对主排水泵累计运行时间，每条皮带的班、日、月、年运行时间，主副井提升班钩数、日钩数、月钩数、年钩数、换绳后提升钩数、累计提升钩数进行统计(钩数是煤矿立井提升系统中用来计量提升次数的参数)；
步骤4，将接收的数据参数、步骤1得到的皮带运行状态、步骤2得到每日煤机割煤曲线图和步骤3得到的统计分析结果保存在数据库中。
所述数据分发器将数据库中存储的实时数据通过HttpClient的HTTP协议进行数据分发。
所述数据分发器使用动态局部刷新。为避免图标的频繁加载，导致页面延迟的情况，在页面初始化的过程中将本页面所需要的图标一次性全部加载，在页面局部刷新过程中只控制图标的可见性，很好的解决了页面运行过程中出现的延迟问题。
有益效果：
1、不需要部署客户端程序，运行维护简单。
2、在OPC Server数据读取器中设计了自动连接功能，极大地提高OPC数据读取的可靠性。
3、OPC数据项直接从Excel表中导入，这样当OPC Server数据点表发生变化时，只需直接修改Excel表，不用修改程序，提高系统可维护性。
4、对主排水泵、通风机、空压机、主运皮带等设备运行时间进行统计，对主井提升钩数进行统计，对皮带运行状态(满载、空载)、设备故障情况等进行分析判断，为科学调度指挥生产、合理安排设备使用检修提供依据。
5、通过该发明，可以将煤矿主要生产系统(主排水监控系统、主运输监控系统、工作面监控系统、矿井供电监控系统等)融入一个平台，实现不同系统之间数据共享，消除信息孤岛；
6、提高页面响应速度，丰富监控信息量，提升了智能化水平。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为ZM-1型矿井自动化系统动态数据实时传输系统结构框图。
图2为OPC Server数据组字符传输格式。
图3为矿井A(或B或C等)数据传输样式。
图4为主井提升机提升钩数统计方式图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
发明公开了一种用于矿井自动化系统的实时数据传输系统，其特点是能动态读取矿井自动化系统OPC Serve服务中的实时数据，并进行数据的统计、分析、展现。本发明系统包括OPC Server数据读取器，数据接收器，数据统计分析器，数据分发器、线程管理单元；
所述OPC Server数据读取器用于对矿井自动化系统底层设备(可编程控制器或电力监控分站等)的OPC Server通讯数据进行访问采集，并通过TCP/IP协议，将采集的数据打包成实时数据包发送给线程管理单元；
所述线程管理单元对矿井单位发送过来的实时数据包形成独立的线程进行管理、分配与调度，并发送给数据接收器；数据接收器接收部署在矿井数据读取器发送过来的数据是比较耗时的操作，为减少用户等待时间本发明开辟单独的线程来执行数据接收操作，线程管理单元用来进行线程创建、就绪、阻塞、运行、撤销等状态管理，并按照分时调度模型对多线程进行调度。
数据接收器对线程池管理单元分配的实时数据包进行解析，并对数据传输状态进行判断，同时将正确的数据发送到数据统计分析器；在矿方OPC Server数据读取器发送过来的数据，每个可编程序控制器(或电力监控分站)为一组数据，每组数据第一个字符代表数据状态，当数据状态值为“True”则代表数据传输正常，当数据状态值为“False”则代表数据传输不正常。
所述数据统计分析器根据接收的数据进行统计分析，得到统计分析结果并将其存储在SQL数据库中；
所述数据分发器用于将SQL数据库中存储的实时数据以HTTP协议进行发布。
所述OPC Server数据读取器具备自动连接功能，OPC Server数据读取器自动判断每组数据的传输状态，当连续两次读取同一组数据传输状态均为False，则判定该组数据OPC Server服务器出现故障，并删除数据项和数据组；同时系统不停监测该OPCServer服务器通讯状态，当通讯状态恢复正常时，重新加载数据组和数据项，恢复数据正常接收，当故障排除后，OPC Server数据读取器能够自动重新连接；不需人工干预；
所述OPC Server数据读取器中OPC数据项直接从Excel表中导入，当OPC Server数据点表发生变化时，只需直接修改Excel表，不用修改程序，给后续的维护工作提供了方便；(OPC数据项是OPC Server数据服务器专业术语；Excel表中存有相应的数据项)
OPC数据更新方式使用订阅方式，PC Server服务器只更新发生变化的OPC数据，极大地减轻了OPC服务器和网络的负担，提高了系统的可靠性。
与数据接收器之间的数据使用异步加密的方式进行传输。
在OPC Server数据读取器中对每一个OPC组发送过来的数据进行检验，如接收和发送的同一数据数量不一致，将放弃本次访问。
在OPC Server数据读取器中对每一个OPC组发送过来的数据状态进行检验，并根据数据组的状态判断相应的PLC是否处于在线状态。
所述数据统计分析器执行如下步骤：
步骤1，根据接收的数据，对皮带运行状态进行判断，判断皮带运行状态是满载还是空载；
步骤2，对采煤工作面煤机割煤刀数进行统计，并形成每日煤机割煤曲线图；
步骤3，对主排水泵累计运行时间，每条皮带的班、日、月、年运行时间，主副井提升班钩数、日钩数、月钩数、年钩数、换绳后提升钩数、累计提升钩数进行统计(钩数是煤矿立井提升系统中用来计量提升次数的参数)；
步骤4，将接收的数据参数、步骤1得到的皮带运行状态、步骤2得到每日煤机割煤曲线图和步骤3得到的统计分析结果保存在数据库中。
所述数据分发器将数据库中存储的实时数据通过HttpClient的HTTP协议进行数据分发。
所述数据分发器使用动态局部刷新。为避免图标的频繁加载，导致页面延迟的情况，在页面初始化的过程中将本页面所需要的图标一次性全部加载，在页面局部刷新过程中只控制图标的可见性，很好的解决了页面运行过程中出现的延迟问题。
实施例
图1所示是ZM-1型矿井自动化系统动态数据实时传输系统结构框图，系统主要包括系统包括OPC Server数据读取器，数据接收器，数据统计分析器，数据分发器等。系统可在集团公司或矿井单位调度使用，主要用来实时采集矿井自动化系统(矿井主运输监控系统、矿井供电监控系统、矿井通风机监控系统、采煤工作面监控系统、矿井主排水监控系统、矿井主提升监控系统等)，并进行数据统计分析与展现。
1、OPC Server数据读取器：
OPC作为工业标准定义的特殊COM接口，是一种工业设备之间相互数据交换的有效方法，目前矿井自动化系统核心控制设备PLC主要是由Linkmaster，KepServer，Rslinx三种OPC Serve服务与上位机之间进行信息的互换。ZM-1型矿井自动化系统动态数据实时传输系统中的OPC Server数据读取器是通过Linkmaster，KepServer，Rslinx三种OPC服务器读取矿井自动化系统实时数据。OPC服务器读取器主要部署在矿井单位，主要用来读取矿井自动化系统的实时数据。OPC服务器读取器部署启动后能自动连接到Linkmaster，KepServer，Rslinx三种OPC Server服务器，读取工业自动化系统的实时数据。
在OPC Server数据读取器设计中使用了以下技术，极大地提高系统的可维护性：一是设计了自动连接功能，OPC Server服务器出现故障，当故障排除后，能自动重新连接，不需人工干预；二是OPC数据项直接从Excel表中导入，这样当OPC Server数据点表发生变化时，只需直接修改Excel表，不用修改程序，给后续的维护工作提供了方便；三是OPC数据更新方式使用“订阅”方式，只更新发生变化的OPC数据，减轻了OPC服务器和网络的负担，提高了系统的可靠性；四是与数据接收器之间的数据使用异步加密的方式进行传输，确保了信息安全；五是每一个OPC组发送过来的数据状态(如图2所示，SYN表示标志位，值为True表示接收的数据正确，值为False表示接收的数据错误，N表示该组数据包括的数据个数)进行检验，以判断对于底层PLC设备通讯状态。
2、数据接收器：
数据接收器可部署在矿井单位，也可部署在集团公司层的数据中心。主要用来对矿井单位发送过来的实时数据包进行解密、解析，同时对对每一个OPC组发送过来的数据进行校验，发现数据项不一致时将放弃本次访问。将接收到的正确数据保存到数据库，同时将数据发送到数据统计分析器。对矿井(A、B、C等)发送过来数据(如图3所示，M为数据中数据组的个数，STR1、STR2、STR3…STRm分别代表数据组1至数据组m的字符串，字符串之间使用“；”分割)进行检查，发现数据组个数不一致将放弃本次访问，将接收到的正确数据保存到数据库。
3、数据统计分析器：
数据接收器应和数据接收器同时部署。主要对接收的数据参数进行分析统计判断。(1)形成主要设备运行时间统计值；(2)形成主副井提升班钩数、提人钩数、提物钩数、日钩数、月钩数、年钩数、换绳后提升钩数、累计提升钩数等统计值；(3)如图4所示根据主井计量斗装载情况进行钩数统计(图4中，Tag是钩数统计标记位，Count为钩数统计值)，形成矿井产量统计值；(4)根据主运输系统运行电流、速度等参数分析判断皮带运行状态(满载、空载)；(5)根据采煤工作面煤机位置信息，形成煤机运行轨迹，并统计每班割煤刀数。将统计分析结果保存在数据库中。
4、数据分发器：将数据库中存储的实时数据以HTTP协议进行发布(动态局部页面刷新技术)。为避免图标的频繁加载，导致页面延迟的情况，在页面初始化的过程中将本页面所需要的图标一次性全部加载，在页面局部刷新过程中只控制图标的可见性，很好的解决了页面运行过程中出现的延迟问题。矿井生产管理人员可以通过数据分发器实时了解煤矿井下主要生产系统的运行情况，为科学调度指挥生产、合理安排设备使用检修提供依据。
本发明能够实时采集矿井自动化系统(主运输控制系统、主排水集控系统、矿井供电控制系统、主提升控制系统、采煤工作面控制系统等)动态实时数据，同时对数据进行统计分析，并将有效的数据保存到数据库中；系统能够实现矿井自动化系统数据传输的时效性、完整性，同时系统具有后期维护费用低等特点。
本发明提供了一种用于矿井自动化系统的实时数据传输系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种用于矿井自动化系统的实时数据传输系统，其特征在于，包括OPC Server数据读取器，数据接收器，数据统计分析器，数据分发器、线程管理单元；
所述OPC Server数据读取器用于对矿井自动化系统底层设备的OPC Server通讯数据进行访问采集，并通过TCP/IP协议，将采集的数据打包成实时数据包发送给线程管理单元；
所述线程管理单元对矿井单位发送过来的实时数据包形成独立的线程进行管理、分配与调度，并发送给数据接收器；
所述数据接收器对线程管理单元分配的实时数据包进行解析，并对数据传输状态进行判断，同时将正确的数据发送到数据统计分析器；
所述数据统计分析器根据接收的数据进行统计分析，得到统计分析结果并将其存储在SQL数据库中；
所述数据分发器用于将SQL数据库中存储的实时数据以HTTP协议进行发布；
所述OPC Server数据读取器具备自动连接功能，OPC Server数据读取器自动判断每组数据的传输状态，当连续两次读取同一组数据传输状态均为False，则判定该组数据OPCServer服务器出现故障，并删除数据项和数据组；同时系统不停监测该OPC Server服务器通讯状态，当通讯状态恢复正常时，重新加载数据组和数据项，恢复数据正常接收，当故障排除后，OPC Server数据读取器能够自动重新连接；
所述OPC Server数据读取器中OPC数据项直接从Excel表中导入，当OPC Server数据点表发生变化时，只需直接修改Excel表；
在OPC Server数据读取器中对每一个OPC组发送过来的数据进行检验，如接收和发送的同一数据数量不一致，将放弃本次访问；
在OPC Server数据读取器中对每一个OPC组发送过来的数据状态进行检验，并根据数据组的状态判断相应的可编程序控制器是否处于在线状态，SYN值为True时，可编程序控制器处于在线状态，SYN值为False时，可编程序控制器处于离线状态；
所述数据统计分析器执行如下步骤：
步骤1，根据接收的数据，对皮带运行状态进行判断，判断皮带运行状态是满载还是空载；
步骤2，对采煤工作面煤机割煤刀数进行统计，并形成每日煤机割煤曲线图；
步骤3，对主排水泵累计运行时间，每条皮带的班、日、月、年运行时间，主副井提升班钩数、日钩数、月钩数、年钩数、换绳后提升钩数、累计提升钩数进行统计；
步骤4，将接收的数据参数、步骤1得到的皮带运行状态、步骤2得到每日煤机割煤曲线图和步骤3得到的统计分析结果保存在数据库中；
所述数据分发器将数据库中存储的实时数据通过HttpClient的HTTP协议进行数据分发；
所述数据分发器使用动态局部刷新。
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