煤矿自动化数据采集系统分析研究

煤矿自动化数据采集系统分析研究

罗,滨

中煤科工集团重庆研究院有限公司   重庆  400039

摘要：在过去的矿井建设中，采用的都是通过控制设备来实现监测，其弊端在于，由于场地和施工条件的制约，会对测量结果的精度产生一定的影响。为此，目前矿井采用了最新的系统集成技术，对现场的内部检测程序进行了改进，虽然该技术可以满足实际的工业监测要求，但也要对应用程序进行严格的控制。因此，文章对矿井自动化数据的采集与分析进行了论述，希望能对有关方面的工作有所借鉴。

关键词：煤矿自动化；数据采集；系统分析

引言

近几年，矿井开展了大量的信息化工作，在矿井内建立了自动化、安全监测、人员定位等多套系统，大大提高了矿井的现场管理水平，为矿井安全生产提供了有力的保障。然而，这些监控与监视系统主要针对的是实时数据，没有保存或者保存的时间很短，而且存储空间很小，无法与执行层的应用系统进行共享。为此，开展了矿井的现场数据库开发，着重讨论了矿井自动化数据的采集。

1.煤矿信息化在煤矿安全生产中的应用关键技术

煤矿安全生产的信息化包括大数据技术、物联网技术和云计算技术。其中，物联网技术是矿井信息化的一个重要组成部分，它利用智能设备，对矿井的物理环境进行有效的感知，并利用云计算、大数据等技术，实现对矿井安全生产的预警、挖掘和处理，从而促进矿井生产过程的实时控制。矿井生产中所产生的各类数据主要由云计算、大数据等技术进行处理，其处理结果主要体现为灾害预警、预报，为煤矿安全生产提供指导和借鉴。

2.煤矿自动化数据采集发展现状

目前，煤炭企业的生产和管理也正在发生着根本变革：从最初的分散式控制发展到现在的现场总线控制，再到最近的远程微机监测；在管理层面，从信息管理、资源规划、供应商管理等方面，都极大地改善了煤矿的管理和生产效率。但是，随着工业控制体系的网络结构日益分散，基层单位的管理体系也变得越来越复杂，单位内部的处理能力在不断增强，但与外部的互动能力却在下降，形成了一座座孤立的控制体系。孤岛效应不但需要更多的驱动和用户界面，而且传统的可编程控制器与传统的现场总线技术相比，已经无法满足分散的需求，而工业 OPC和信息以太网技术则是被嵌入到传统的系统中，只能起到一个很小的作用。随着 Internet上可扩展性的公共信息传送平台的日益流行，很多应用系统都在因特网上进行开发，这就导致了许多应用软件都要从传统的单一模式中解脱出来。

3.典型的数据交互方式

3.1 OPC方式

OPC （OLE for Process Control）是工业控制行业中普遍遵守的一项标准，该标准规定了应用程序和现场装置或者数据源之间的数据访问，并以微软 COM/DCOM （COM/DCOM）为基础，采用了客户端/服务器架构。该系统具有实时、高效、安全的特点，可以访问 OPC服务器和其他网络节点的 OPC服务器。这是当前对自动分系统进行现场访问的最好方式。

3.2 Modbus方式

Modbus是一套以 PLC为基础的通讯协议。它已成为业界中相互通讯的标准协定，并在工业系统中使用最广泛的电子装置。分布式网络协议DNP3 （Digital Network Protocol）是采用工艺自动化系统中的各个组件之间的通信协议规范。主要应用在电力、水力等公共设施上。另外，其发展也方便了各种资料采集和控制装置的通讯。为了实现对现场设备的实时采集，调度自动化系统的后台往往要利用 Modbus协议在网上进行数据的传送。

3.3 ODBC方式

ODBC是一种以数据库为基础的数据交互方式，它的实时性和效率都比较低，它是微软公司开发的。自动化子系统或其他信息系统可以按照预定数据结构定期地把某些不太需要实时（例如统计等）的信息写入到诸如 MSAccess或 MSSQL之类的特定共享数据库的表格中。目前，国内各种监控系统都是厂商自行研发的， PC机不支持 OPC或 NETDDE，因此可以通过此方法进行访问。

4.数据采集系统设计

4.1数据采集模块设计

本系统的数据采集模块与硬件系统的网关设备进行了直接通信，并采用 UPD技术从各个网关中被动地接受各种数据。由于各个网关的数据都是同步的，因此为了适应海量数据的需求，数据处理模块必须对同一时间到达的数据进行同步处理。多线程技术（2-5）是一种有效的方法，可以解决这一问题，并在单机上进行大数据处理。首先，设定不同的网关参数（包含接收主机 IP地址、接收端口号等）。也就是说，通过判断各网关向 PC主机的哪一个端口传输数据。在设定好网关之后，采集模块会按照设定好的网关参数，动态地启动相同的数据采集线程，并分别监测一个端口的数据。不同的线程之间没有任何联系，也没有任何的影响。每一个执行绪都要从被监视的埠接受各种资料，并执行下一步的工作。实现了对大量数据的并行处理。然而，由于监控主机硬件资源的限制，导致线程的开机次数无法与数据处理速度相匹配，在CPU 数达到2倍以上的情况下，运行效率就会降低。因此，要按照监测主机的硬件条件，合理地分配接收端的端口号，以确保数据采集模块的高效率。

4.2数据处理模块设计

大量数据可以用多线程技术来处理，但每一个线程都要处理数据，如解析、统计、存储等。在同时发生的数据流量达到峰值时，例如某个地区内瓦斯超限时，将会自动提高网络传输速率。在这种情况下，数据处理模块的处理速度会比接收数据的速度慢，这会造成数据堵塞、丢失。在一些情况下，会引起系统的反应中断。如果能设置一个缓冲区域，将接收到的数据输入到缓冲区域中，然后将数据从缓冲中提取出来，然后进行数据的削峰，保证数据的稳定和不丢失。这里介绍了一种信息队列技术，当数据到达时，会被放置在一个消息队列中，以供处理。

5.提升煤矿安全生产中信息化技术措施

5.1强化安全管理措施

由于安全管理系统的投资比较高，所以在建立安全管理制度时，常常要花费很多的人力物力，建立完善的安全管理制度。然而，一些煤矿企业只注重初期投资，而忽视了后期的运营和管理，导致安全管理体系未能发挥应有的作用，或因管理不规范，导致系统监控功能不能完全发挥，这就要求煤矿企业下功夫提升对安全管理系统的使用水平，加强对系统的检修与维护，培养一支专职于系统监测的技术人才队伍，确保系统能够真正发挥效能。

5.2引进先进的信息化管理技术

在很多行业，由于技术的不断进步，在矿井中的应用也越来越广泛，很多矿井都在使用现代信息技术，以保证矿井生产的安全。在大力引进国外先进的信息技术的基础上，加强对矿井安全技术的研究，加强对矿井安全技术的研究。在实际矿井开发中，应注重科学、高效的科学研究成果，加强对矿井的安全管理，以保证矿井的安全运行，保证矿井的安全运行。

5.3监控信息共享设置

矿井安全管理系统由三大部分构成：控制设备、检测设备和管理设备。安全管理体系可以有效地提高煤矿安全管理的水平，防止事故的发生，但是在实际生产中，由于缺乏对安全管理体系的认识，导致了系统内部互联不畅，严重制约了安全管理系统的正常运转，极端情况下还会导致系统故障。在系统建设不完善的前提下，预防和制止安全事故发生的效率将大大降低，难以对安全生产信息进行及时、高效的搜集和处理。因此，要保证煤矿安全生产管理体系的有效运转，就需要建立健全的信息共享渠道，使其在矿井安全生产中发挥作用。为了有效地实现数据共享，必须对数据进行统一的管理和分析，并通过数据中心的控制设备，对数据进行分级管理，有效地避免了数据的重复输入，防止了数据之间的混乱，保证了数据的真实性。

结束语

矿井自动采集系统必须能涵盖矿井中的大多数重要设备，并具有良好的兼容能力，可以实现矿井生产设备的全面覆盖。该系统不仅具有实时监控功能，而且还能收集和分析历史数据，用户可以根据建立的规则库设置各个装置的报警参数，并设计出相应的报警等级，并将其以报告和图表的方式在客户端上进行展示。

参考文献：

[1]王万丽，崔超.煤矿安全生产大数据应用管理系统研究与设计[J].中国煤炭，2018，44(02):91-94+117.

[2].数据采集测井仪[J].国外测井技术，2018，39(01):73.

[3]李晓蕴.煤矿现场数据库中的关键技术[J].神华科技，2017，15(10):25-28.

基金项目：中煤科工集团重庆研究院有限公司自立创新引导科研项目（2022YBXM11）。