（天地（常州）自动化股份有限公司 江苏常州 213015）
摘要：在以往的煤矿工程开展的过程中，监控系统都是借助控制仪表来完成的，其缺点是在受到现场地点以及施工环境的限制之后，会影响到检测数据的准确性，为了解决这种问题，当时使用了本地系统服务集成来完善现场内部检测程序，尽管这种方法能够满足工业监控的实际需求，但是需要对应用程序进行严格的把控。鉴于此，本文就煤矿自动化数据采集系统分析展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：自动化;数据采集;煤矿安全
1.煤矿现场数据特点分析
煤炭企业在现场部署了大量传感器、智能仪表和多个监控监测系统，产生了大量的现场数据，这些数据可分为设备监测数据、环境监测数据和计量数据等。设备监测数据反映设备运行时长、运行状态，环境监测数据反映煤矿现场的各类环境因素的实时情况，计量数据是包括自动获取的重量、电耗、水耗、油耗等计量数据。对于这些数据的采集存储，市场上实时数据库产品吻合度较高，但煤矿现场数据存在自己的一些特点：（1）煤矿测点数据变化频繁，而实时数据库一般按照测点数量销售，随着工作面掘进开采和搬家倒面，大量测点被删除，导致测点投资浪费。（2）实时数据库产品的测点维护多是在服务端集中维护，而煤矿现场数据的测点并非都是在服务端进行配置，还存在自维护的情况。如安全监测实时数据。（3）有些现场数据与实时数据库的实时数据模型不完全吻合，如人员定位中的坐标数据。随着大数据量存储引擎、高吞吐量消息传输等技术的成熟应用，煤矿现场数据库的开发，具备了较好的技术条件。
2.煤矿自动化数据采集发展现状
当前，煤矿企业在生产与管理上也正发生根本性的变化：在基层生产线上，由最初的集散控制到后来的现场总线控制，发展到近期的远程计算机监控;在煤矿企业管理层上，由信息管理系统，到时下的企业资源规划和供应商管理等，均大大提高煤矿企业的管理水平和生产效率。然而，工业控制系统网络结构的分工越来越分散化，却使得基层单元系统更加复杂，虽然单元内部处理能力不断加强，但自身与外界交互能力却大大降低，这就造就了一个个独立的控制系统孤岛。孤岛效应不仅对驱动程序与用户接口的要求更高，甚至传统的可编程控制器与经典的现场总线技术也不能很好地适应系统拓扑结构分散化的要求，工业OPC和信息以太网技术由于被嵌入到传统的系统中，只能边缘性地提升系统的功能，杯水车薪。如今，具有可扩展性、可伸缩性的Internet公共信息传输平台已越来越普及，使得更多的应用系统选择在Internet环境下进行开发，这就致使现在的应用程序开发者在必须脱离以往的简单模式，进而构建具有较为复杂结构的n层系统，即将众多应用于网络上的程序进行集成。这样的好处是软件的开发者能够将精力集中在特有软件的商业价值上，而不是像以往需要关注构建软件系统的基本结构，这样可以极大地缩短软件投放到市场的时间，同时开发者的编程效率也能获得明显提高，软件的质量也能得到保证。.NET开发平台就是微软公司为实现这一目标而推出的，它为编程人员带来了更优秀的开发工具和崭新的开发模式，极大地方便了开发者，同时开发工具更加多样化，使软件开发人员可以简洁、方便的构建出各种适应企业需求的应用程序。
3.典型的数据交互方式
3.1 OPC方式
OPC（OLE for Process Control）是被工控领域广泛遵循的一种标准，它规范了应用程序与现场设备或数据源之间数据存取的接口协议，它是基于微软的组件技术（COM/DCOM）设计，采用客户/服务器体系结构。它既可存取本地OPC服务器数据，又可存取分布在网上其它节点的OPC服务器，并且具有实时、高效、安全的特点。它是目前存取自动化子系统现场数据最理想的方法。
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3.2 Modbus方式
Modbus是基于PLC的一组通信协议。它已经成为行业内互相通信的标准协议，也是目前最常用的工业系统电子设备之间的通信方式。DNP3(分布式网络协议)是使用在工序自动化系统各部件之间的通信协议规约。它主要用于像电力、水力等公用事业单位。此外，它的发展使得不同形式的数据获取与控制设备之间的交流更为便利。调度自动化系统的后台为了实时获取现场设备的数据，经常需要通过网络使用Modbus通信规约进行数据传输。
3.3 ODBC方式
ODBC是一种基于数据库的数据交互，实时性和效率相对较低，由微软发布。自动化子系统或其它信息系统可将一些对实时性要求不高（如统计等）信息周期性地按规定的数据结构通过标准的访问数据接口写入指定的共享数据库（如MSAccess或MSSQL等）的表中，综合自动化系统通过数据库接口获取相关信息。目前，国内各类监测监控系统由于都是各厂家自己开发，上位机不支持OPC和NETDDE方式，均可采用这种方式进行接入。
4.数据采集系统设计
4.1数据采集模块设计
该系统数据采集模块将直接和硬件系统的网关设备直接通讯，通过UPD的方式被动接收来自不同网关的各类数据。由于各网关数据需要同时上传数据，数据处理模块需要对同时到达的数据进行同时处理，才能满足大数据量的处理要求。因此，多线程技术[2-5]是解决该问题，实现单机大数据处理的有效技术。首先，设置网关的不同参数(其中包括接收主机IP地址、接收主机端口号等)。即确定不同的网关往上位机PC主机的哪个端口发送数据。设置好网关后，采集模块根据配置好的网关参数，动态启动不同个数据采集线程，每个采集线程将对应监控1个端口的数据。不同线程间是相互独立，互不影响的。每个启动的线程负责接收来自所监控端口的各类数据，并进行后续处理。从而达到并发处理海量数据的目的。但是，因为监控主机的硬件资源有限，线程的启动数量并不能跟数据处理能力成正比，当启动的线程数量超过主机CPU核数2倍的时候，性能反而会下降。所以，应该根据监控主机硬件来合理配置接收主机端口号，从而保证采集模块的高效的处理能力。
4.2数据处理模块设计
海量数据的接收可通过多线程技术得到解决，但是每个线程要对接收到的原始数据进行解析、统计、存储等处理工作。当并发数据量遇到采集高峰时，如某一区域内瓦斯超限，网关的数据发送频率会自动加快。这时，数据处理模块的处理速度可能会滞后于数据的接收速度。就可能导致时候数据的堵塞、丢失。严重时可能导致系统的停止响应。如果能开个缓存区，把收到的数据放入缓冲区，再由处理模块不断地从缓冲区里取出数据进行处理，从而可以起到了削峰的作用，保障系统数据的稳定、不丢失。在此，就引入了消息队列的技术，数据每次到达先放入消息队列等待处理。
结语
煤矿自动化数据采集系统要能覆盖井下大部分关键设备，同时对于不同的硬件有很好的兼容性，基本能够完成煤矿生产设备的全覆盖。不仅具有实时监测功能，同时还具备对历史信息的汇总与分析，用户可以根据规则库的制定来设定每个设备的报警参数，并设计报警级别，通过报表与曲线的形式在客户端浏览器显示。
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.
论文作者:黄盛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2019/1/2
标签：数据论文; 煤矿论文; 现场论文; 实时论文; 网关论文; 系统论文; 线程论文; 《电力设备》2018年第23期论文;