煤矿机电自动化监控平台设计

周凯丽 朱 彤

（郑煤集团杨河煤业，河南 郑州450000）

1 概述

当前，全国煤矿企业的集成监测正走向一个新的高度。其中最明显的特点就是煤矿企业对信息化的概念与内涵有了更为全面的认识，企业内部信息与资源一体化的趋势日渐明显：不仅体现在整体监测、生产管理等集成的实施步骤上，还体现在优化集成企业内部的资源，包括硬件设备与监测软件的结合、监控体系与决策体系的结合、监测软件与其他软件之间的集成等。

煤矿机电自动化监控平台的目标是将煤矿底层生产车间，包括井下作业、瓦斯和给排水等安全检测信息与各类生产设备的设备参数实时展示给监控中心与管理层，让管理者与煤矿领导能够清楚明确的了解矿上设备的生产状况，及时对矿上生产设备的启动与停产做出决策，减少重大事故发生的可能性。

本文主要研究的是利用Web 集成技术将煤矿设备实时参数与各类生产信息，以及设备在阶段性生产过程中的历史数据以Web 的方式在网上发布，并通过系统的规则库，对设备实时状态、历史数据等的相关数据进行处理，达到故障设备报警的目的，使管理部门和领导能够有效的对矿上生产进行调度，实现矿上的安全经济生产，为管理层提供科学、准确的决策依据，提升企业的竞争力，提高煤矿企业安全运作能力。

2 系统性能设计目标

本系统的实时监测方案是通过读取实时数据并显示，而历史数据的查询则是通过与数据库交互完成，实时数据在失去时效性后会通过一定的处理规则进行处理，存入系统的后台数据库。当管理者或用户通过Web 进行历史报表或曲线查询时，系统通过调用数据库内的历史数据完成相关功能。针对煤矿机电设备的实际情况，系统的性能要求如下：

2.1 数据的精确性

Web 集成系统的数据均来自基层设备与井下传感器，数据的精确性在系统中显得尤为重要，数据的确切与否直接关系到实时信息的显示是否有误，甚至报警信息是否正确。除此之外，在采集数据的同时也不能错误修改井下设备与测点的标准参数，否则可能会引发重大事故。这就要求系统在采集各类井下参数时的方法与传输协议就显得尤为重要，采集方式也应采用单向采集的方法，确保在获取数据时不会修改现场设备中的数据。

2.2 数据的实时性

Web 集成系统具有实时展示设备运行状态与井下生产参数的能力，系统必须具备在规定时间段内对数据有较高的处理能力，这就对底层数据采集后的预处理、存储等功能有较高要求，同时对服务器端的数据传输与处理能力也是一个考验。由于实时性的要求，本系统的响应时间一般不能超过5 秒，这需要在程序代码编写与服务器搭建时更为合理。

2.3 数据的安全性

煤矿生产的数据一般为企业的内部机密，数据安全性是重中之重，用户的权限应能限制用户修改系统运行参数，而不同权限的用户所能访问的数据内容也不应相同，一般仅为管理员才具有修改系统参数的权限。

3 系统整体设计

3.1 整体设计

本系统主要完成两方面工作：一是完成煤矿井下生产设备与各类测点的实时监测和报警，通过监控中心的大屏幕展示给管理人员；另一方面是对存入数据库的历史数据进行处理汇总，形成一段时间内的各类设备报表与曲线，为设备管理人员提供设备运转信息，这两类功能都能够通过Web 网站的形式在网上发布，供远程用户查询。系统的主要硬件包括各类参数传感器、底层设备PLC、底层设备监测站、监控中心主机与备用机组、Web 服务器机组与客户端浏览器等组成。系统的硬件结构设计如图1 所示。

图1 系统硬件结构设计

3.2 数据库设计

根据上述设计思想，结合矿上实际生产情况，所需要的数据库表较多，表1 列出了各主要数据库表的类型、表名与用途。

表1 系统数据库表

本系统使用数据库连接池技术来处理频繁连接与出错响应的问题，连接池可以在内存中预先建立数个与数据库的连接，系统需要操作数据库时便使用内存中连接，在使用完毕后归还到内存中。数据库连接池的基本思想是当应用程序需要与数据库建立连接时，无需新建立连接，只要使用原本就存在于内存中的连接即可，在连接使用完毕后放回内存中，这样就有效的减少了数据库连接的建立与断开次数，存储于内存中的连接由连接池管理系统管理，开发人员可以通过设置来操作连接池中连接的创建与删除，以及连接的寿命等。可以看出，连接池可以提高程序运行效率，同时通过连接池管理机制对内存中的连接进行管理，能够更好的处理无效连接的问题。

4 系统实现要解决的关键问题

4.1 页面实时局部刷新

页面实时模块是Web 集成监测系统的核心，它从底层PLC与基层监控站获取数据源，通过Web 界面向用户展示所关心的信息，由于本系统是通过网页向用户展示，在实际操作中每次数据更新都刷新页面的方法并不现实，这样对服务器主机的性能影响非常大，同时造成不必要的刷屏现象，本系统最终决定采用Ajax 来定时对网页内部分区域数据进行刷新。

4.2 集成系统数据库访问

本系统采用ADO.NET 技术实现对数据库服务器的访问，主要方法有使用DataReader 方式与使用DataSet 方式从数据库中检索数据，检索出来的数据形成一个只读只进的数据流，存储在客户端的网络缓冲区内，DataReader 对象的read 方法可以前进到一下条记录。在默认情况下，每执行一次Read 方法只会在内存中存储一条记录系统的开销非常少，通常在创建DataReader 之前必须先创建SQLCommand 对象，然后调用该对象的ExecuteReader 方法来构造SQLdataReader 对象。

4.3 界面实现

本系统的目标是实现煤矿机电设备信息集成，除了页面显示数据的真实性与时效性之外，系统界面也在一定程度上影响管理人员与决策者的操作，一个友好的用户界面能够使得管理人员的操作变得更为简单，降低了误操作的可能性，同时简洁高效的界面也能一定程度上增加软件的经济效益。

结束语

针对煤矿企业目前存在的问题，在深入调研与分析的基础上，本文给出煤矿机电自动化监控平台的解决方案，根据企业情况，完善企业内部网络结构，并针对系统硬件构成复杂的情况设计数据传输方案，完成数据库服务器的设计与优化，设计Web 服务器端的相关功能与实现方法，根据煤矿企业现况提出系统运行安全方案。使用C#语言，在.NET 框架下实现基于Web的实时监测与历史数据分析处理功能，并对系统界面进行开发设计。