基于云平台技术的选煤厂综合节能管理信息系统设计及应用

曹文艳 王然风 王 开 付 翔

(太原理工大学矿业工程学院，山西省太原市，030024)



★ 煤炭科技·机电与信息化★

基于云平台技术的选煤厂综合节能管理信息系统设计及应用

曹文艳 王然风 王 开 付 翔

(太原理工大学矿业工程学院，山西省太原市，030024)

为了进一步提升大数据信息时代选煤综合自动化和信息化水平，引入云平台技术，根据选煤厂生产水平与信息管理实际需求，研究设计了选煤厂综合节能管理信息系统。分析了该系统的架构设计，详细介绍了该系统功能模块设计，最后阐述了该系统的应用效果。实际应用表明，该系统能够提高企业的综合自动化和信息化水平，降低企业的经营成本，提高企业的生产效率。

云平台 综合自动化 节能管理 信息系统

当前，大数据迅速发展，行业应用正在快速推广，市场规模增速明显。在选煤过程中，如果能够通过数据信息化与选煤综合自动化深度结合，企业管理者使用大数据分析并与物联网相结合做出决定，可以实现对许多设备的远程监控、诊断和故障维护，为实现安全生产、减员提效、节能降耗提供强有力的手段，充分实现选煤生产过程的机械化、自动化、信息化和智能化，从而提高企业生产效率，降低企业生产成本。

1 系统架构设计

1.1 系统概述

选煤厂综合节能管理信息系统是基于大数据采集、监控和分析的整套解决方案，兼容西门子、AB、施耐德等绝大部分PLC、DCS以及智能仪表等系统，提供丰富的设备接入接口以及入网方式，解决远程运维问题。系统数据传输基于VPN-P2P技术，整个系统架构安全稳定。平台系统提供数据云服务，具备数据采集、显示、报表、报警、趋势等功能，并以Web发布、移动终端监视、API接口等方式使选煤综合自动化生产过程、生产数据与生产人员紧密联系起来。

1.2 系统架构

为了提高数据传输速率，满足大量数据高速传输的要求，使用快速光纤网线构建网络，并且建立下级设备、数据采集网关、数据库服务器与Web服务器和应用服务器之间的通讯，搭建云平台。基于云平台技术的选煤厂综合节能管理信息系统架构如图1所示。

图1 基于云平台技术的选煤厂综合节能管理信息系统架构

2 系统模块化设计

选煤厂综合节能管理信息系统是由第三方服务商提供以及由虚拟的主机、存储、网络、安全等硬件资源组成的平台，无需购买服务器、网络设备和存储设备，只需通过网络租赁并自主开发搭建应用系统即可。平台采用模块化开发方式，主要模块包括应用管理层的设备管理模块、设备运行维护模块、数据展示模块、设备异常报警模块；数据存储及应用开发层的应用开发模块和数据存储模块；数据采集传输层的数据传输模块和数据采集模块；底层设备感知层的控制执行模块和设备感知模块。基于云平台技术的选煤厂综合节能管理信息系统功能结构如图2所示。

2.1 应用管理层

2.1.1 设备管理模块

登录管理信息系统，通过该模块填写网关名称、网关编码、认证密钥、虚拟地址以及下级连接设备的名称和IP地址等相关设置信息，即可将设备连接到云平台，从而对设备的文档信息、基本属性、控制指令、管理人员信息等进行综合管理。

图2 基于云平台技术的选煤厂综合节能管理信息系统功能结构

2.1.2 设备运维模块

云平台包含的Datalin智能网关能兼容包括西门子、AB、施耐德等绝大部分可编程控制器及智能仪表的接入，可以安全稳定地实现程序远程下载、上传以及对压滤机等远程设备进行实时运行维护管理，该模块包括运维记录、运维事项、运维报告、运维人员管理和工单任务等。

2.1.3 数据展示模块

数据库中保存了全部的实时和历史数据，利用云平台Datewin软件趋势功能，对选煤厂各个系统各变量进行组态后通过Web发布，管理者在该模块可以通过客户端浏览器实时观察各系统生产变量的实时曲线、历史曲线、界面展示和数据报表等。

2.1.4 设备异常报警模块

云平台Datewin软件支持报警功能，具备报警通知、报警处理 、报警统计和报警查询等服务。管理者通过该模块的报警信息可以及时地了解现场各个设备的工作状况，并及时作出对故障进行排查修复的决策。

2.2 数据存储及应用开发层

2.2.1 应用开发模块

云平台Datewin软件兼具数据采集、画面组态、界面发布等功能于一体。Datewin软件拥有功能强大的集成开发环境，具备丰富的元件仓库与高级控件，同时具备强大的报表、趋势以及报警等功能，依托HTML5前沿技术，可以将选煤厂工业现场的设备运行组态画面、数据报表、变量趋势变化以及设备异常报警等工况进行Web发布。不仅可以满足企业级的应用要求，也可以方便终端用户通过浏览器实时浏览和监测，从而使企业各个部门以及远程终端用户实时监测和控制选煤厂工业现场的各种设备，为管理部门和经营人员提供信息支持。

2.2.2 数据存储模块

由服务器端数据采集软件Datawin与数据采集模块无线网关对接，将智能网关Datalin从可编程控制器或智能仪表采集到的实时生产数据通过内部的接口协议传输到实时数据库服务器，完成对实时数据的存储和处理。并对上层应用提供数据访问服务接口。该模块采用的SQL Server实时数据库管理系统可以方便快捷的创建、操作、管理实时/历史数据。

2.3 数据采集传输层

2.3.1 数据传输模块

无线网关与工业现场设备连接过程中，通过网关LAN 口的设置，实现DataLin 智能网关与PLC控制器及下级设备的以太网或串口有线网络通讯。网络使用快速光纤跳线，提高数据传输效率，满足大量数据传输高速要求。无线网关与上级云平台服务器连接过程中，通过设置WAN口，实现DataLin 智能网关与上级云平台服务器的WiFi或4G无线网络通讯，将采集到的数据传输到云平台服务器，有利于后期对数据进行大量挖掘分析和处理。

2.3.2 数据采集模块

无线智能网关是数据采集模块的核心，选煤厂使用的DataLin智能网关集成4G/WiFi/WAN等多种互联网接入方式，可以适应各种网络应用环境，提供可靠的安全通讯链路。通过Datalin智能网关可实现选煤厂工业现场设备参数的远程采集、设备的远程控制以及设备的本地化操作等。对于PLC控制设备，可以实现西门子、AB等主流PLC的远程在线编程、程序远程上传和下载、远程在线仿真、设备远程控制以及远程组态等。将现场分散的设备集中管理、远程维护和诊断可以为企业设备云平台的开发及运行提供可靠的数据及通讯保障。

2.4 底层设备感知层

2.4.1 控制执行模块

该模块包括PLC现场控制分站、现场操作员站、各类智能仪表以及执行器等。各个子系统利用智能传感设备通过与PLC可编程控制器或上位机硬件通信，建立基于TCP/IP的硬件通信机制。PLC可编程控制器或智能仪表将现场设备信息采集上来并完成逻辑处理，进一步将数据传输至无线智能数据采集网关。

2.4.2 设备感知模块

该模块主要由各类传感设备组成，以传感技术为基础，融合物联网核心技术，利用传感器或感知设备对识别物体信息以及采集到信号进行初步处理，同时整合通信模块来传输数据。

3 应用效果

2015年，基于云平台技术的选煤厂综合节能管理信息系统在晋城矿业集团成庄选煤厂投入使用，两年来系统运行平稳，实现了选煤生产过程的自动化、信息化和智能化，有效提高了选煤厂的生产水平和生产效率，降低了生产成本。应用效果主要体现在以下几个方面：

(1)从实现功能来看，该平台基于物联网环境框架，云平台核心部件DateLin网关中间件能够屏蔽底层硬件和网络的复杂性以及异构性，从而方便各种应用通过云服务技术的方式来获取和管理各种数据源和系统资源。平台可以实现运行参数及数据的远程采集；实现设备的集中化管理；实现设备的远程维护调试以及远程编程及程序的上传和下载；实现组态显示、报表、报警、趋势画面的远程展示。

(2)从企业显性经济效益来看，该平台因采用了无线智能网关，节约了光纤、电缆、交换机、熔接费等费用约10万元。服务器采用全球领先的云计算服务平台。该平台是一种简单高效、处理能力可弹性伸缩的计算服务，快速构建稳定、安全的应用，提升运维效率，降低 IT 成本5万元。其自动化过程可减少工业人员20余名，节约人员开资约100万元/a。

(3)从企业潜在隐性效益来分析，与传统模式相比，基于云平台技术的选煤厂综合节能管理信息系统优势明显。将选煤厂大数据与互联网技术紧密结合，远程数据采集云平台可以实时高效地实现PC及移动端的数据采集、录入、查询、挖掘、统计等功能，可以进一步帮助企业对采集上来的大数据进行加密、清理、打包、分析等，为企业深度挖掘工业信息和设备物联网下的数据价值，从而助力企业更好地实现远程监控运维管理以及预测性维护，最大限度地实现企业安全生产、节能降耗、减员提效。

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(责任编辑 路 强)

Design and application of integrated energy-saving management information system for coal preparation plant based on cloud platform technology

Cao Wenyan, Wang Ranfeng, Wang Kai, Fu Xiang

(College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China)

In order to further improve the level of coal dressing integrated automation and informatization in the big data information era and introduce cloud platform technology, an integrated energy-saving management system for coal preparation plant was designed according to actual requirement of coal mine production level and information management of the coal preparation plant, the system's architecture design was analyzed, its system function module design was introduced in detail, and the application effect of the system was elaborated at last. The practical application showed that the system could improve enterprise's integrated automation and information level, reduce operation cost and raise production efficiency.

cloud platform, integrated automation, energy-saving management, information system

曹文艳，王然风，王开等. 基于云平台技术的选煤厂综合节能管理信息系统设计及应用 [J].中国煤炭，2017，43(6)：85-88.CaoWenyan,WangRanfeng,WangKai,etal.Designandapplicationofintegratedenergy-savingmanagementinformationsystemforcoalpreparationplantbasedoncloudplatformtechnology[J].ChinaCoal，2017，43(6)：85-88.

TD

A

曹文艳(1990-)，女，山西大同人，现就读于太原理工大学矿业工程学院，主要研究方向为煤矿综合自动化通信与数据传输。