1 全矿井综合自动化软件平台
全矿井综合自动化软件平台,是指在某一矿井对各生产环节实现全面监测与自动化控制、对矿井环境的安全监控,以及对矿井生产运营的有效管理且各部分子系统能无缝数据共享的软件,实现对煤矿生产安全和运营状况达到异地远程在线监控,生产环节的自动控制,生产过程参数的检测和生产经营管理的信息管理有机的集成为一体。
矿井综合自动化系统是一个三层的体系结构,由信息管理层、控制层和设备层组成,见图1。综合自动化软件平台对全矿井各子系统的数据信息进行无缝集成,为信息管理层用户提供了对各子系统的监视、控制、查询及请求,并提供各种图形、动画、表格等多种形式的服务及实时和历史数据的支持。综合自动化软件平台在整个信息化矿井的结构中,处于中间控制层,维系着控制层中各子系统之间的联系,同时又是控制层与信息层之间互联的接口,是该层中的关键一环,是控制层的核心【1】。
2 自动化软件平台的开发原则
全矿井综合自动化各子系统涉及到不同厂家、多个异构系统之间的集成问题,系统异常复杂。自动化软件平台的难点和关键在异构数据的集成。在分析矿井综合自动化平台要求及现阶段煤矿自动化发展现状的基础上,结合当前最新的计算机软硬件技术与信息技术,并考虑到技术及经济可行性,软件平台的开发须遵循以下原则:
1、模块化,易于系统扩展和系统集成。
2、软件采用分布式体系结构设计,为系统提供最大的可维护性和稳健性。
3、“即插即解决”功能,支持COM/DCOM,ActiveX控件、OPC,DDE,ODBC和ADO等技术,使系统具有无可比拟的开放性。
4、提供系统冗余功能。在主服务器产生故障或数据连接失败的情况下可自动从故障服务器切换到备用服务器,接管主服务器的所有功能,并保持与各节点的正常通讯。
3 常用方法比较
全矿井自动化软件平台的核心是数据信息的集成和分析,而数据信息最佳的载体是数据库系统,但数据库系统的应用也存在一个选择的问题。
3.1 选用组态软件进行组态集成
组态软件图形化的编辑设计界面,可方便构建良好的人机交互界面,使监控和管理对象更加形象、深刻;其采用动画连接技术,能轻松实现对实际监控对象实现状态迁移管理;其图形化的直观性编程风格,避免了大量的源程序语言汇编及其调试工作,大大缩短了软件平台的开发周期,容易满足实际工程建设的时间要求,另外,组态软件采用标准化的互连技术,如OPC,DDE,ActiveX控件、COM/DCOM,ODBC,OLE-DB等,具有良好的实时开放性和互连操作性。
组态软件系统通过I/O驱动程序从现场I/O设备获得实时数据,对数据进行必要的加工后,一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上;另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给I/O设备,对执行机构实施控制或调整控制参数。对要求存储的采集量存储历史数据,对历史数据检索请示给予响应。当发生报警时及时将报警以声音、图像的方式通知给操作人员,并记录报警的历史信息,以备检索。实时数据库是组态软件的核心和引擎。图形界面系统、I/O驱动程序等组件以实时数据库为核心,通过高效的内部协议相互通信,实现数据共享【2】。但是,由于作为组态软件核心的实时数据库系统对用户是透明的,所以无法灵活地对数据信息进行数据挖掘和数据分析,制约了用户对系统数据信息更深层次、特殊的分析需求。此外,组态软件还存在一些不足:对于Web发布,如何方便灵活地使用现有子系统的Web Service;对于不同的监控对象及环境,如何平衡调节数据共享度和实时性要求;对于多线程并举的应用环境和对象,如何满足各线程不同的实时性要求以及避免数据冲突和阻塞;如何采用灵活的远程控制的实时性和现场监控的实时性之间的匹配问题等。
3 软件平台的开发实现
组态软件进行组态集成和利用现有计算机技术自主研发各有所长。在实际应用中,利用组态软件图形界面组态简单、人机交互界面良好、状态迁移管理方便,开发周期较短等优点,结合数据库系统灵活、强大的数据信息分析功能以及Web技术、组件技术和面向对象,来建立全矿井综合自动化软件平台系统是切实可行的方法。
该软件平台采用B/S体系结构,具有分布式软件系统的特点。在服务器端,组态软件系统通过各种标准数据访问接口(ODBC,OLE-DB,DDE)从各子系统获得实时数据,对数据进行必要的加工后,一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上;另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给子系统,对执行机构实施控制或调整控制参数。对要求存储的采集数据,通过与数据库系统建立数据连接,存储到数据库系统。当发生报警时及时将报警以声音、图像的方式通知给操作人员,并记录报警的历史信息到数据库系统,以备检索。在客户端,采用基于浏览器的Web技术满足信息层对各子系统的监视、查询及请求,并提供各种图形、动画、报表等多种形式的服务及实时和历史数据的支持。Web技术是当前最流行的技术之一,具有跨平台支持、标准统一,开发简单等优点【3】。系统的数据流程见图2。
4.1 基于组态软件的数据集成
数据集成依靠当今各种标准数据访问接口(ODBC,OLE-DB,DDE)把组态软件实时数据库内的数据,按照存储要求,存储到数据库系统。
图2系统数据流程
4.2 Web发布
Web发布功能依靠最新的Web技术来实现。通过建立Web服务器访问数据库系统,可以方便地在浏览器中实现对各子系统的监视、查询及请求,并提供各种图形、动画、表格等多种形式的服务。
5 结束语
通过分析自动化软件平台系统结构和开发原则,在比较组态软件开发和自主开发的优势和劣势的基础上,给出了全矿井综合自动化软件平台采用组态工具软件的实现方法。目前已经应用到具体的工程,效果良好,值得推广。
参考文献:
[1]崔凤禄,何晓群.全矿井综合自动化平台的研究[C].第十五届全国煤矿自动化学术年会和中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会学术会议论文集,2005.
[2]赵安新.数字化矿山及其关键技术应用与研究[D].西安:西安科技大学,2006.
[3]王亚民,陈青.组态软件设计与开发[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.
