煤矿一体化管控平台系统故障分析及处理

神东煤炭集团公司寸草塔二矿 梁志鹏

通过对寸草塔二矿一体化管控平台系统使用中出现的数据故障进行分析，提出了故障处理的方法，进一步提高系统的安全可靠性，希望能给使用的单位提供借鉴，遇到类似的问题能够尽快处理，确保数据通畅，保证系统安全可靠运行。

煤矿一体化管控平台是实现智能化矿井的重要环节之一，在该系统投入运行过程中，如果出现采集数据故障，将会给安全生产管控增加困难，如何快速发现并及时处理故障是运维工作者的重要职责之一。针对数据采集存在的软、硬件故障，通过使用替换方法、分段诊断等解决方案，达到处理数据通讯障碍的目的。

1 一体化管控平台的应用与组成

使用一体化管控平台是实现智能化矿井的发展趋势，目前神东公司寸草塔二矿利用国产软件平台自主建成大数据存储、查询、分析的统一平台系统，该系统从开发到投用已有一年有余，截至目前采集数据点超十万之多，逐渐日臻完善，可实现矿井所有子系统的集中展示、集中远程控制、移动监测、关联分析、故障诊断与决策、智能报警、生产系统优化、智能感知、GIS巡检、大数据分析等功能。

一体化管控平台的基本组成层次结构应当包含终端物理层、数据传输层、数据管理层、数据应用层。具体在动态监测与识别矿井空间环境数据的全过程中，平台主要依靠智能传感器来跟踪获取数据，然后运用自动化的矿井数据分析措施方法来归纳得出结论。

为实现矿井各项分散信息系统数据的统一管理，应用统一的模型、数据源，进而实现数据的快速收集、分析，并且最终实现数据共享。该系统分为四层设计。（1）在终端物理层中。就是有计算能力而且能联网的设备终端，例如新型磁力启动器、变频器、馈电开关、移动变电站、智能控制器、各类传感器等。（2）在数据传输层中，井下可以通过万兆环网辐射到各个配电点的综合分站、千兆网络交换机设备使用支持modbusRTU串口、modbusTCP传输方式，将基础数据上传至服务器中。（3）在数据管理层中，要进行连接管理和通道管理，确保众多设备的无掉线稳定连接，同时还要确保通道的畅通性，能够高效的进行数据交换。（4）在数据应用层中，是整个系统最核心的部分，也是最能体现数据价值的层面，根据数据运用的深度，可划分为三个阶段，第一阶段，远程监测监控阶段。第二阶段，大数据的分析应用阶段。第三阶段，人工智能应用阶段。在第一阶段中，井下要能够实现实时数据向地面上传，地面数据平台人员可以远程监控井下的设备运行情况。第二阶段中，要能够实现从海量数据中提取出有规律性的和可预见性的经验，从而为决策者提供决策辅助。第三阶段能实现海量数据的机器学习和无人参与的自动调控。该系统目前可以实现B/S，C/S和移动端三种展示方式，可以随时随地查看矿井生产数据，掌握生产状况，远程控制干预，内容更加全面、丰富和详细。

2 数据采集方式

寸草塔二矿一体化管控平台所采集设备主要有北京朗威达移动变电站、南京双京馈电、淮南万泰馈电、电光馈电、南京双京磁力启动器、淮南万泰磁力启动器、华宁控制器等，不同的厂家的数传方式各有不同，电光厂家的设备使用的是偶校验和RS232方式传输，华宁控制器和矿压OPC采用TCP方式传输，但是大多数设备使用的是RS485两线制方式进行数传。

3 系统常见故障分析

3.1 软件方面

（1）终端设备与数传服务器通讯不畅，一是终端设备的物理地址与实际不符；二是交换机或者串口服务器IP地址、网关设置、波特率设置不当。

（2）通讯规约使用错误，不同终端设备有着不同的通讯规约，比如初始寄存器地址、起始位、停止位、CRC校验等参数存在差异，一定要多查看设备说明书或者多与厂家技术人员沟通。

（3）OPC服务器因软件运行时间长或数据量过大而死机。这种情况会造成同子系统数据大面积卡死。

（4）未按照云台帐设置IP地址、设备地址，造成地址冲突，导致数据传输中断。

（5）远程控制设备发送命令下写执行成功，但是返回错误的确认帧，可能存在I/O点表存在编辑错误、数据类型编辑错误、执行机构未动作等问题导致。

（6）全双工/半双工不匹配导致丢包严重。存在这种情形对网络性能造成很大的影响。虽然这种问题在多数情况下容易被运维人员忽视，当遇到网络流量较大时，就会造成堵塞，造成丢包率高的原因。

3.2 硬件方面

（1）终端设备通讯模块或保护器存在故障，这种故障往往发生在通讯接口接触不良、内部系统故障、极性接反等，都会造成通讯中断。

（2）同类设备型号不统一，更换设备后，存在设备通讯规约不一致，比如掘进工作面搬家之前使用的是南京双京馈电给掘锚机供电，搬家之后使用淮南万泰的同类设备，如果不及时在KIO服务器和开发后台更改模型和点表，这会导致该供电设备保护器点表不一致，无法数传。另外同一厂家不同版本的保护器通讯规约可能有所不同，比如淮南万泰2.0保护器与淮南万泰3.0保护器的点表也有所不同。

（3）交换机、串口服务器和采集模块损坏，如电源、主板、后备电池等故障，造数据交换设备不能正常运行，不能收、发数据。

（4）有的设备终端采用RS232接口，与之通讯要用到RS232转RS485转接器。若转接器损坏，则无法正常识别收发数据。

（5）RS485通信最佳接线方式是采用串接，若使用其它接法，则会影响数据传输。如果使用非屏蔽的通讯线，在电磁场较大的配电点受到较为严重的干扰现象，导致无法正常收发数据。

（6）传感器电池亏电，造成数传中断。尤其是依靠无线传输方式的传感器由于周期性检查不到位导致亏电，造成数据采集中断。

4 故障判断及处理

4.1 根据范围判断原因

一是部分设备数据不能上传，问题可能出在千兆交换机、串口服务器、通讯设置设置等方面；二是个别设备数据不能上传，问题可能出在上级电源无计划断电、保护器故障、RS485通信接口故障、RS232转RS485转接器故障、终端设备通讯设定等方面。三是数据刷新速度慢或数据不准确，问题可能出在信号受到干扰或多台设备采用星接的错误方式等方面。四是子系统数据通讯故障，问题更有可能出现在数据上传服务器的该子系统KIO应用运行卡死、无响应等故障。

4.2 处理方法

首先应查看存在问题设备的链路是否正常，PING一下串口服务器的地址，若地址长时间接受不到信号，数据包完全丢失，说明物理链路出现故障，一是检查供电是否正常，登陆后备电源管理系统查看设备状态，向责任区队了解情况，尽快恢复供电。二是检查该处千兆交换器光纤是否完好，对损坏光缆进行熔接。三是检查串口服务器的网线是否插好，并检查3180MOXA模块、3480MOXA模块或者交换机是否损坏等等，最直观的方法就是查看模块通讯信号灯，使用替换法及时更换板卡或者模块。四是通讯设置，严格参照设备厂家通讯规约进行设置。五是RS485、RS232及TCP通讯接口存在故障，特别是RS485串口，从左到右分别是GND/T/R-、T/R+、DC+，作为数据传输时，只需要用到GND/T/R-和T/R+，分别连接RS485设备的GND/A/B即可连接通讯。六是接线问题，使用万用表测量各接线端子电压，排除是否虚接线。RS232/RS485转接器可用替代法进行测试，要注意极性，通过模块上的收、发指示灯判断通信情况。七是采用合理的接线结构，使用“手拉手”串接，尽量避免星形接线。使用合格的屏蔽双绞线。八是如果下发命令返回错误或者无响应，应到KIO对应系统应用中查看数传命令历史记录，找到异步下写命令的报文，回溯至故障点位进行修改，有的设备一条指令可能存在连续性的逻辑下发控制，过程中某处异常就会造成整个控制命令下发失败。依照系统架构思路，不断缩小范围，沿线排查、直至查出故障点，根据实际情况处理，恢复链路通畅。

根据寸草塔二矿一体化管控平台系统数据传输方面中出现的一些故障，进行了梳理、分析及找出解决方法，遇到类似问题能够第一时间处理故障，提升链路系统的可靠性，保障矿井一体化管控平台的正常运行。