CN113062737A - 综采工作面成套设备一体化控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种综采工作面成套设备一体化控制系统及其控制方法，包括数据管理中心、模型管理中心、业务模型、设备模型，所述业务模型和设备模型之间通过注册统一的接口进行数据传输。设备代理负责从物理设备中获取原始数据点和控制点；当数据管理中心接收到来自设备代理上传的数据点后，利用内部的数据过滤器对输入的数据点进行标准化处理；当需要对单机物理设备进行动作时，相应设备代理的对应控制点将收到来自上层的控制信号；当需要工作面调直、自动跟机时，业务模块将通过相应数据接口调用相应业务的模型参数进行相应的功能计算。本发明利用设备模型实现对设备的直接控制，利于提高一体化控制系统的稳定性与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿综采工作面自动化开采，尤其是涉及综采工作面成套设备一体化控制系统及其控制方法。
背景技术
在煤炭开采的过程中，由于井下环境复杂，不安全因素较多，使得井下的工作人员存在人身安全隐患。因此，在煤炭开采的过程中，提高井下设备的自动化水平和远程控制能力，从而减少煤矿井下人员的投入，是提高井下生产安全性的有效保障。同时，综采工作面自动化水平的提高，能够有效控制综采工作面各设备的协调作业，进而提高煤矿开采的效率。然而，综采工作面各设备通常由不同厂家提供，设备的通讯协议不统一，直接影响了综采工作面设备间的信息交互，增加了综采工作面设备的控制难度，为自动化集控系统的研发与设计带来了困难。
目前，在对综采工作面集控系统的开发过程中，通常是针对某一煤矿的综采工作面进行研发，通过将封装好的控制系统经通讯网络与综采工作面设备连接，实现数据的传输以及对综采工作面设备的逻辑控制。但是，当设备进行更换或者升级时，通讯接口、功能等将会发生改变，此时需要对综采工作面集控系统内的通讯协议进行修改并进行重新封装，工作量非常大。
发明内容
本发明目的在于提供一种综采工作面成套设备一体化控制系统，本发明另一目的是提供该控制系统的控制方法。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述综采工作面成套设备一体化控制系统，包括数据管理中心、模型管理中心、业务模型、设备模型，所述业务模型和设备模型之间通过注册统一的接口进行数据传输；
所述数据管理中心，由接口管理、数据缓存、数据过滤器以及写管理器组成；用于对外提供统一的接口，并对来自所述业务模型和设备模型的数据进行添加、删除、更新、过滤、读写、刷新操作；
所述模型管理中心，用于管理所述业务模型和设备模型的模型参数，与矿级服务器对接实现所述模型参数的上传、下载，并负责解析来自所述矿级服务器的模型参数，提供模型参数的读写、更新通知；
所述业务模型位于数据管理上层，是基于已经标准化的数据点建立的业务模型，用于完成数据的运算与逻辑控制，实现自动化系统的业务功能；
所述设备模型由设备代理插件组成，所述设备代理用于对物理设备的功能、接口形式、结构尺寸进行定义，每个设备代理对应一个或一组物理设备，设备代理通过Modbus驱动插件直接与所述物理设备进行通讯，同时向上层系统提供物理设备的原始数据点和控制点。
所述物理设备包括采煤机、液压支架、刮板运输机、转载机、破碎机、皮带机、高压过滤站及自动配比设备；所述设备模型通过所述设备代理插件直接与所述物理设备进行通讯，获取物理设备的原始数据点和控制点；当需要对综采工作面中的单机物理设备进行操作时，设备模型通过调用所述模型管理中心中相应的所述模型参数，经相应设备代理将设备控制点信号利用通讯网络传输给相应的物理设备；同时，由设备代理所获取的原始数据点通过统一接口传输给数据管理中心进行数据更新。
本发明所述控制系统的控制方法，包括下述步骤：
步骤1，所述设备代理负责从所述物理设备中获取原始数据点和控制点，实现对物理设备的直接控制，每个设备代理封装成一个独立的插件，通过统一的接口对上层进行数据的传输；
步骤2，当所述数据管理中心接收到来自设备代理上传的数据点后，利用内部的数据过滤器对输入的所述数据点进行标准化处理；所述数据过滤器内部针对每个数据点建立一个列表，按顺序存储绑定在该数据点上的所有处理函数；数据点从外部输入时，将依次经过队列中的每一个所述处理函数，最后一个处理函数完成后，数据点被更新到缓存中；在系统初始化时，所有数据点的处理函数队列是空的，随着设备代理插件的加载，设备代理插件向数据点的处理函数队列中注册处理函数；
步骤3，当需要对单机物理设备进行动作时，相应设备代理的对应控制点将收到来自上层的控制信号，此时通过Modbus读写接口将该控制信号传输给物理设备进行动作；同时将代表该物理设备状态的响应数据通过相应数据点传输给数据管理中心进行存储；
步骤4，当需要进行综采工作面调直、自动跟机业务操作时，所述业务模块将通过相应数据接口调用数据管理中心内部的数据缓存、以及模型管理中相应业务的模型参数进行相应的功能计算，之后将计算的控制数据通过写/刷新接口传输给数据管理中心写管理器，相应的设备代理通过回调接口对所述控制数据进行调用，由相应设备代理去控制物理设备进行动作，通过数据的实时反馈最终完成整个业务操作。
本发明优点主要体现在以下方面：
1、在综采工作面一体化控制系统开发的过程中，建立了综采设备的设备模型，利用设备模型实现对设备的直接控制，同时为上层提供统一的接口进行通讯。上层系统通过对设备模型下发指令，由设备模型根据动作指令实现对物理设备的控制。
2、设备模型采取由多个设备代理插件组成，当需要更换不同厂商设备时，仅需要针对设备型号对设备代理插件进行重新编写和封装即可，而不需要对上层系统进行修改，从而提高了控制系统的扩展性能。
3、在一体化控制系统开发的过程中，细化了各个功能模块，便于系统的设计、开发、管理与维护。系统中的每个软件均由多个插件组成，上层插件依赖下层插件，以插件组装方式搭建软件和系统，使整个一体化控制系统具有足够的灵活性。另外，一些通用功能可以封装为底层插件在多个软件中复用，利于提高一体化控制系统的稳定性与可靠性。
附图说明
图1是本发明所述系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，本发明所述综采工作面成套设备一体化控制系统及其控制方法，包括：
设备模型，其包含了诸多综采工作面物理设备的设备代理，如采煤机、液压支架、刮板运输机、转载机、破碎机、皮带机、高压过滤站及自动配比设备，属于设备的数字化模型。在综采设备中，支持Modbus协议，这些Mdobus设备通过485总线与核心网关进行通讯，在实际接线时，由于设备现场位置问题或核心网关端口数量问题，经常会有多个设备通过一根485总线接入核心网关，这种情况下，软件内部的两个设备代理插件在读写各自的物理设备时便会出现总线竞争，如果不进行协调处理，最终结果是总线时序错乱，任何一个设备代理都无法与物理设备通讯。因此，当出现多个设备代理同时读写总线时，利用设计的Modbus驱动插件对这些读写操作进行串行化处理，并对设备代理层提供统一的Modbus读写接口，从而实现与物理设备间的信息通讯。
数据管理中心，包含了数据过滤器、数据缓存、接口管理和写管理器。数据过滤器内部针对每个数据点建立一个列表，按顺序存储绑定在该数据点上的所有处理函数，数据点从外部输入时，将依次经过队列中的每一个处理函数，最后一个处理函数完成后，数据点被更新到缓存中；数据缓存用来存储业务数据、设备数据、中间数据；接口管理提供统一接口，供业务模型读取存储在数据缓存区所需的数据；写管理器通过写/刷新接口读取业务模型的处理结果，并存储到数据缓存区，同时设备代理进行写/刷新回调写管理器中的结果。
业务模型，包含逻辑模型和功能模型。逻辑模型用来对综采工作面进行配置，其中包括综采工作面模型中的设备布置方向、设备型号、设备数量等；功能模型通常用来完成综采工作面的某些功能，包括自动跟机、自动调直等。
模型管理中心，用于管理系统中所有设备模型和业务模型的所有模型参数，与矿级服务器进行连接；当需要改变矿级服务器内部模型参数发生变化时，其负责对来自矿级服务器的模型参数进行解析并进行上传与下载，对内部模型参数及时进行更新，并为业务模型和设备模型提供参数读写功能。
本发明所述控制系统的控制方法，包括下述步骤：
步骤1，所述设备代理负责从所述物理设备中获取原始数据点和控制点，实现对物理设备的直接控制，每个设备代理封装成一个独立的插件，通过统一的接口对上层进行数据的传输；
步骤2，当所述数据管理中心接收到来自设备代理上传的数据点后，利用内部的数据过滤器对输入的所述数据点进行标准化处理；所述数据过滤器内部针对每个数据点建立一个列表，按顺序存储绑定在该数据点上的所有处理函数；数据点从外部输入时，将依次经过队列中的每一个所述处理函数，最后一个处理函数完成后，数据点被更新到缓存中；在系统初始化时，所有数据点的处理函数队列是空的，随着设备代理插件的加载，设备代理插件向数据点的处理函数队列中注册处理函数；
步骤3，当需要对单机物理设备进行动作时，相应设备代理的对应控制点将收到来自上层的控制信号，此时通过Modbus读写接口将该控制信号传输给物理设备进行动作；同时将代表该物理设备状态的响应数据通过相应数据点传输给数据管理中心进行存储；
步骤4，当需要进行综采工作面调直、自动跟机业务操作时，所述业务模块将通过相应数据接口调用数据管理中心内部的数据缓存、以及模型管理中相应业务的模型参数进行相应的功能计算，之后将计算的控制数据通过写/刷新接口传输给数据管理中心写管理器，相应的设备代理通过回调接口对所述控制数据进行调用，由相应设备代理去控制物理设备进行动作，通过数据的实时反馈最终完成整个业务操作。
Claims (3)
1.一种综采工作面成套设备一体化控制系统，其特征在于：包括数据管理中心、模型管理中心、业务模型、设备模型，所述业务模型和设备模型之间通过注册统一的接口进行数据传输；
所述数据管理中心，由接口管理、数据缓存、数据过滤器以及写管理器组成；用于对外提供统一的接口，并对来自所述业务模型和设备模型的数据进行添加、删除、更新、过滤、读写、刷新操作；
所述模型管理中心，用于管理所述业务模型和设备模型的模型参数，与矿级服务器对接实现所述模型参数的上传、下载，并负责解析来自所述矿级服务器的模型参数，提供模型参数的读写、更新通知；
所述业务模型位于数据管理上层，是基于已经标准化的数据点建立的业务模型，用于完成数据的运算与逻辑控制，实现自动化系统的业务功能；
所述设备模型由设备代理插件组成，所述设备代理用于对物理设备的功能、接口形式、结构尺寸进行定义，每个设备代理对应一个或一组物理设备，设备代理通过Modbus驱动插件直接与所述物理设备进行通讯，同时向上层系统提供物理设备的原始数据点和控制点。
2.根据权利要求1所述的综采工作面成套设备一体化控制系统，其特征在于：所述物理设备包括采煤机、液压支架、刮板运输机、转载机、破碎机、皮带机、高压过滤站及自动配比设备；所述设备模型通过所述设备代理插件直接与所述物理设备进行通讯，获取物理设备的原始数据点和控制点；当需要对综采工作面中的单机物理设备进行操作时，设备模型通过调用所述模型管理中心中相应的所述模型参数，经相应设备代理将设备控制点信号利用通讯网络传输给相应的物理设备；同时，由设备代理所获取的原始数据点通过统一接口传输给数据管理中心进行数据更新。
3.根据权利要求1所述控制系统的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤1，所述设备代理负责从所述物理设备中获取原始数据点和控制点，实现对物理设备的直接控制，每个设备代理封装成一个独立的插件，通过统一的接口对上层进行数据的传输；
步骤2，当所述数据管理中心接收到来自设备代理上传的数据点后，利用内部的数据过滤器对输入的所述数据点进行标准化处理；所述数据过滤器内部针对每个数据点建立一个列表，按顺序存储绑定在该数据点上的所有处理函数；数据点从外部输入时，将依次经过队列中的每一个所述处理函数，最后一个处理函数完成后，数据点被更新到缓存中；在系统初始化时，所有数据点的处理函数队列是空的，随着设备代理插件的加载，设备代理插件向数据点的处理函数队列中注册处理函数；
步骤3，当需要对单机物理设备进行动作时，相应设备代理的对应控制点将收到来自上层的控制信号，此时通过Modbus读写接口将该控制信号传输给物理设备进行动作；同时将代表该物理设备状态的响应数据通过相应数据点传输给数据管理中心进行存储；
步骤4，当需要进行综采工作面调直、自动跟机业务操作时，所述业务模块将通过相应数据接口调用数据管理中心内部的数据缓存、以及模型管理中相应业务的模型参数进行相应的功能计算，之后将计算的控制数据通过写/刷新接口传输给数据管理中心写管理器，相应的设备代理通过回调接口对所述控制数据进行调用，由相应设备代理去控制物理设备进行动作，通过数据的实时反馈最终完成整个业务操作。
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