劉坤++李國(guó)娟++侯雙雙

摘 要

本文以陜西未來能源化工業(yè)有限公司金雞灘煤礦建設(shè)為背景，介紹通過基于云計(jì)算平臺(tái)及Wonderware分布式計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建實(shí)時(shí)、精確的礦井調(diào)度和決策信息化集成數(shù)據(jù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。該數(shù)據(jù)平臺(tái)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和協(xié)作管理環(huán)境，為領(lǐng)導(dǎo)調(diào)度層提供直觀可靠的生產(chǎn)行為監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析。文中最后提出的建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)模板開發(fā)設(shè)計(jì)的思路，為以后的開發(fā)提供了新方向。實(shí)際應(yīng)用表明，該平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，有效提高了煤礦的信息化程度。

【關(guān)鍵詞】綜合自動(dòng)化 系統(tǒng)集成 Wonderware 監(jiān)控

1 緒論

伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展和綜合系統(tǒng)平臺(tái)的普及與應(yīng)用，各行各業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)也向著集控制、監(jiān)測(cè)、網(wǎng)上瀏覽與一體的分布式控制系統(tǒng)發(fā)展。本文以陜西未來能源化工業(yè)有限公司金雞灘煤礦信息化建設(shè)為背景，以Wonderware IAS作為開發(fā)平臺(tái)，對(duì)全礦安全、生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)全礦井?dāng)?shù)據(jù)采集、生產(chǎn)調(diào)度、決策指揮的信息化、科學(xué)化，為礦井安全生產(chǎn)、有效預(yù)防和及時(shí)處理各種突發(fā)事故和自然災(zāi)害，提供有效手段，為企業(yè)信息化的應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

目前該礦已經(jīng)開發(fā)應(yīng)用了煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、生產(chǎn)過程自動(dòng)化、井下人員定位等，但這些系統(tǒng)均是獨(dú)立工作。相互之間沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集訪問平臺(tái)，無法相互共享數(shù)據(jù)信息導(dǎo)致信息化孤島的產(chǎn)生。為了避免信息化孤島存在，需要建設(shè)一個(gè)強(qiáng)大的分布式系統(tǒng)綜合管理平臺(tái)，來實(shí)現(xiàn)分布式集中管理建設(shè)統(tǒng)一的管理調(diào)度平臺(tái)。

2 系統(tǒng)平臺(tái)方案

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

根據(jù)金雞灘煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及綜合自動(dòng)化信息平臺(tái)建設(shè)要求，可采用信息集成的方法來進(jìn)行綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合。

數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)主要由設(shè)備集成端、系統(tǒng)平臺(tái)服務(wù)器端和客戶端與應(yīng)用組成。設(shè)備集成端主要把系統(tǒng)服務(wù)器端與現(xiàn)場(chǎng)各子系統(tǒng)銜接起來，通過OPC、DDE、Suitelink等接口協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)DCS或PLC子系統(tǒng)通信，將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集提取，整合，傳給放置在各子站的緩存服務(wù)器上，并傳入信息化系統(tǒng)平臺(tái)中進(jìn)行相應(yīng)系統(tǒng)集成開發(fā)，最終存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)平臺(tái)服務(wù)器端是系統(tǒng)平臺(tái)核心，通過建立數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)的采集管理及服務(wù)系統(tǒng)，將各緩存服務(wù)器上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理、分類存儲(chǔ)；客戶端與應(yīng)用端通過服務(wù)器中獲得更多的歷史信息以實(shí)現(xiàn)過程分析、故障查找、過程改善、事故分析及故障跟蹤等任務(wù)，并生成多種報(bào)表等；系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖1所示。

2.2 平臺(tái)方案

針對(duì)新型礦井，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有聯(lián)網(wǎng)的情況，需要對(duì)各廠區(qū)生產(chǎn)子系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，便于統(tǒng)一的調(diào)度和管理。通過統(tǒng)一的工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，利用聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)，針對(duì)礦井安全生產(chǎn)特殊性進(jìn)行二次開發(fā)，將工業(yè)IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)成功應(yīng)用至礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中。對(duì)作為核心的軟件平臺(tái)有較高的要求，在數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、運(yùn)行、部署、查詢、開發(fā)維護(hù)等方面應(yīng)可靠、安全和高效，主要體現(xiàn)在以下一些方面：

（1）具有強(qiáng)的接入能力，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)的冗余。

（2）能夠以組態(tài)圖形方式直觀顯示來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（3）支持各種報(bào)警條件的定義，能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的異常情況及時(shí)報(bào)警。

（4）提供工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)⒋笕萘康臍v史數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)和多用戶并發(fā)快速訪問。

（5）有完善的多種安全機(jī)制并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)級(jí)的安全。

（6）兼容性好，能與兗礦集團(tuán)安全生產(chǎn)系統(tǒng)無縫集成，無需二次開發(fā)。

根據(jù)以上要求，對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)部署如圖2所示。

如圖2所示，平臺(tái)系統(tǒng)由多個(gè)組件構(gòu)成，組件各自獨(dú)立又緊密集成，涵蓋數(shù)據(jù)采集、建模、運(yùn)算、認(rèn)證、監(jiān)控、存儲(chǔ)、查詢、管理、運(yùn)維等各個(gè)層次的內(nèi)容，適合多系統(tǒng)、多接口、跨地域的生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的綜合信息集成。

按平臺(tái)建設(shè)需求，通過在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心部署不同用途的服務(wù)器，完成從現(xiàn)場(chǎng)各廠子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集處理，到應(yīng)用的組態(tài)展示、數(shù)據(jù)分析與維護(hù)。發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)信息的綜合價(jià)值，建立一個(gè)穩(wěn)定、可靠、高性價(jià)比的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。

3 礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

對(duì)煤礦各子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。首先使用OPCServer、DAServer、FSGateway 或者數(shù)據(jù)庫(kù)等方式對(duì)礦井中各監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)中需要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行采集，傳送到工業(yè)應(yīng)用服務(wù)器中的開發(fā)環(huán)境（IDE）中進(jìn)行測(cè)點(diǎn)連接和組態(tài)界面開發(fā)，然后再通過IAS服務(wù)器將系統(tǒng)分布式運(yùn)行在各工作站上。在調(diào)度平臺(tái)上可以通過各工作站進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示礦井生產(chǎn)狀態(tài)，同時(shí)通過網(wǎng)頁(yè)發(fā)布服務(wù)器將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)發(fā)布到辦公網(wǎng)站上，供煤礦各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)通過瀏覽器方式查看當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、曲線和各種報(bào)表，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的訪問，方便了管理。

3.1 數(shù)據(jù)采集端與各子系統(tǒng)的通信方式

IAS在數(shù)據(jù)的采集和管理方面提供了通用的數(shù)據(jù)訪問和管理接口，如Suiltelink、DDE、OPC等，連接PLC、DCS、過程控制器等硬件設(shè)備，將現(xiàn)場(chǎng)各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口協(xié)議轉(zhuǎn)換為IAS的通用數(shù)據(jù)訪問，就可以把數(shù)據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)軟件中采集到IAS的軟件平臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成。

由于各子系統(tǒng)廠家上層協(xié)議不同，在數(shù)據(jù)采集方面應(yīng)充分考慮對(duì)多種通信協(xié)議的支持。金雞灘煤礦子系統(tǒng)接入基本分為以下4種：

3.1.1 OPC接口

對(duì)于子系統(tǒng)上位機(jī)為組態(tài)軟件，可以對(duì)子系統(tǒng)的上位機(jī)進(jìn)行DCOM配置，從而利用子系統(tǒng)軟件的OPC服務(wù)接入。

3.1.2 DAServer數(shù)據(jù)包接口

對(duì)于采用PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，使用Wonderware的DAServer驅(qū)動(dòng)包實(shí)現(xiàn)接入。

3.1.3 SYMLINK采集

對(duì)于一些電力系統(tǒng)專用協(xié)議，將電力系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換成OPC協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入。

3.1.4 FSGateway數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換

對(duì)于提供OPC 服務(wù)的系統(tǒng)，我們可以在OPC服務(wù)器上安裝FSGteway協(xié)議轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。

3.2 Wonderware服務(wù)器端 IAS工程的開發(fā)

Wonderware開發(fā)平臺(tái)是基于對(duì)象設(shè)計(jì)思想建立的，無論是單個(gè)設(shè)備還是一條生產(chǎn)線等，都可以定義為一個(gè)對(duì)象。初步了解金雞灘項(xiàng)目后，提出開發(fā)統(tǒng)一模板模型的想法，并詳細(xì)規(guī)范了測(cè)點(diǎn)的命名規(guī)則、測(cè)點(diǎn)類型以及信息化項(xiàng)目開發(fā)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。這樣就可以為特定的硬件設(shè)備類型開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的組件，然后在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的組件的基礎(chǔ)上生成各種設(shè)備模板，該模板封裝了設(shè)備的屬性，包括輸入/輸出、報(bào)警、歷史、內(nèi)在邏輯、安全等功能。使用這樣的一種模板模型就可以在對(duì)象級(jí)別對(duì)應(yīng)用的變更進(jìn)行很好的管理，這樣建立模板好處如下：

（1）通過建立標(biāo)準(zhǔn)的模板，避免了對(duì)該類設(shè)備重復(fù)添加屬性測(cè)點(diǎn)的繁瑣工作。

（2）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模板做出的屬性改變可自動(dòng)應(yīng)用到實(shí)例中去，實(shí)現(xiàn)了變更的自動(dòng)應(yīng)用性。

（3）建立的標(biāo)準(zhǔn)模板，可以在多個(gè)工程中重復(fù)使用，再次實(shí)現(xiàn)了在工程間的可重用性。

這樣的標(biāo)準(zhǔn)模板對(duì)有大量相似設(shè)備的系統(tǒng)來說無疑是最佳選擇。

3.3 客戶端與應(yīng)用

3.3.1 組態(tài)HMI的設(shè)計(jì)開發(fā)

組態(tài)界面開發(fā)設(shè)計(jì)采用Wonderware 套件中的Intouch組態(tài)軟件開發(fā)，利用圖形工具繪制界面圖形，并建立各圖形之間的鏈接，最終實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)界面。

3.3.2 Historian客戶端

多種功能的趨勢(shì)查詢、報(bào)告和分析套裝，可以顯示每一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)分析。

3.3.3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)Web

工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布軟件InPortal專為工業(yè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境設(shè)計(jì)開發(fā)，通過Internet或Intranet為礦井提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)查詢分析。

3.4 工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

在中心設(shè)置工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)Industrial SQL Server。強(qiáng)有力的關(guān)聯(lián)引擎可以采集來自各現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。全方位實(shí)時(shí)獲取和存儲(chǔ)過程數(shù)據(jù)，管理所有實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢。

4 結(jié)論

基于Wonderware的煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)是根據(jù)金雞灘煤礦的實(shí)際情況開發(fā)設(shè)計(jì)的，是一個(gè)功能強(qiáng)大、模塊化、可擴(kuò)展的分布式集控系統(tǒng)。建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了一次采集、分級(jí)管理、多級(jí)應(yīng)用的統(tǒng)一發(fā)布平臺(tái)。為提高綜合調(diào)度管理能力，統(tǒng)一生產(chǎn)決策能力，提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

劉坤（1976-），男，山東省東營(yíng)市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為兗礦集團(tuán)信息化中心總工程師。

作者單位

兗礦集團(tuán)信息化中心 山東省濟(jì)寧市 273500