煤矿综合自动化系统集成及展现

煤矿综合自动化系统集成及展现煤矿综合自动化系统集成及展现 摘 要：随着国家对煤矿六大系统全面推广和煤矿信息化程度的提高，以及信 息系统数据间的交集相对甚少。综合自动化系统是对煤矿信息化数据的整合、 共享、统一指挥管理、预警管控联动、工业环网的整体建设的整合。系统涉及 计算机软件、计算机网络、电子技术、采矿、通风安全、地质等多学科。本文 着重从子系统接入集成和数据展现的角度来分析研究煤矿综合自动化项目。系 统应具备多种数据集成系统的接口，软件平台支持二维矢量模拟图、三维虚拟 仿真、GIS 地理空间等。 关键词：煤矿；综合自动化；集成；展现 引言 煤炭作为我国主要的能源资源，在经济建设中有着举足轻重的地位。然而 由于煤矿事故多发、开采技术水平低下等问题影响了煤矿的发展，为经济建设 埋下了安全隐患。综合自动化系统对煤矿各种安全监控系统、生产监测系统、 办公管理系统进行统一接入集成、数据整合和硬件网络共用。是利用计算机技 术、电子技术、三维空间技术和自动化技术对煤矿进行全面监测、控制、管理 的手段和办法。提高煤矿的生产效率和管理水平，达到煤矿生产过程监管控一 体化。数字化矿山、信息化矿山的建设，可以有效地减少人工成本，降低人为 安全事故，带来巨大的经济效益。 一、系统组成及数据接口 系统分为设备层、控制层、管理层，设备层在整个系统体系结构中处于最 底层，包括煤矿井下监测数据采集设备、控制设备及信息传输网络，系统中表 现为井下工业环网、网络交换机和各类监测传感器、控制器等。控制层在系统 中起到承上启下的作用，用于对监测设备、智能设备的控制、数据采集、参数 下发等操作。管理层是把监测数据进行分析应用，通过文字、声音、图形、声 光、虚拟仿真、GIS 等现代计算机展示技术展现给用户，给用户呈现一个生动、 实时、形象的三维虚拟展示画面；给用户提供一个全新信息环境和可视化分析 决策平台。用户通过 HMI（Human Machine Interface 人机界面）生成设备控制 命令，控制层下发控制命令通过工业环网传输命令及参数，控制设备接收命令 并处理相应控制操作。 实现数字化、自动化、信息化矿山，主要通过综合自动化系统对子系统的 集成。这也是综合自动化系统与一般监测监控系统和管理系统区别。集成包含 了信息数据集成和功能控制集成，同时在此基础上对集成数据的分析和综合展 现。为了实现异构系统的接入，将不同厂家的、不同型号、不同功能的系统统 一协调起来工作就需要提供多样化、多形态的数据接口 OPC（OLE for Process Control，用于过程控制的 OLE） 、ODBC（Open Database Connectivity，开放 数据库互连） 、DDE（Dynamic Data Exchange，动态数据交换） 、 XML（Extensible Markup Language，可扩展标记语言） 、FTP（File Transfer Protocol，文本文件传输协议） ，结合互联网络、办公网络、监测网络、通讯网 络的四网集成，整合不同网络平台、功能的系统在综合自动化网络平台上实现 生产自动化监测与控制和日常管理，通过通讯网络实现对生产各个环节、生产 各个场所和生产各个岗位管监控一体化。 系统结构图系统结构图 二、监测数据展现 监测数据包含了各种数值型数据和状态型数据，同时还包含了大量的空间 地理数据，存在着三维空间与地理信息的关系，因此数据展现方式呈现出了多 样化、多维化、图形化、组态化的发展，具体应用中体现为平面图形、矢量图 形、三维虚拟仿真、声光提示、数字表格。平台矢量图形采用 Visual Graph 交 互图形开发平台，平台三维虚拟仿真采用 VRML（Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言）开发语言。 2.12.1 平台矢量图形平台矢量图形 2.1.1、Visual Graph 自动化矢量展现利用 Visual Graph 采用组态的形式开发，Visual Graph 支 持 C+、C#、VB.Net、VC.Net、Delphi、PowerBuilder 等多语言开发，提供 COM 组件和 Active 组件，可以运行在 B/S 和 C/S 模式下。可以转换 AutoCAD、MapInfo、Visio、CorelDraw 等流行软件的矢量图形，图形由图元组 成，存储基于 XML 格式。图元可以是形状单元类、拆线单元类、文本单元类、 元件单元类中的一种，图元分为静态图元和动态图元，静态图元表示某一种固 定值或状态，动态图元可以关联变量，在图形运行状态下实时的模拟和显示变 量的状态和值，并生成图元的动画效果。每种图元都可以分别设置事件动作、 位置、缩放、透明等各种属性，并支持脚本语言编写。 2.1.2、矢量图形结构 组态图形系统平台分为模拟图设计和监测运行两种模式，设计模式和运行 模式完全独立运行，设计模式是对监测设备与监测图元相关联的过程，同时根 据矿井巷道 CAD 图纸按一定比例精确绘制井下巷道示意图，标注井下设备安装 位置及井下布线情况在巷道示意图上形成设备安装的拓扑结构图。编辑完成的 监控模拟图存储到历史数据库。运行模式从历史数据库中解析生成模拟图，通 过对实时数据库实时监测数据解析实现对监控模拟图关联变量的数据值及状态 进行图形化展现及动画效果。同时为监测人员提供监测数据分析、报警提示、 生产过程模拟、安全隐患预测、区域环境评估分析、避灾救灾引导、数据报表 打印等。 模拟图设计与运行流程模拟图设计与运行流程 2.1.3、图库开发 组态图形系统的图库丰富程度是反应组态图形系统是否好用的重要指标。 图元需生动、形象、直观，煤矿各类监控设备图元种类繁多、使用频繁，如瓦 斯传感器、风速传感器、顶板压力监测传感器、采煤机、皮带运输机等图元更 是在组态图形中经常使用。系统还提供分析、报警、实时监测列表、数据报表、 事件等专业图元。所有图元都被看着是一个对象，系统对图元也进行面向对象 处理，提高了系统的操作性和扩展性。 2.1.4、图形实时数据处理 煤矿组态化图形系统的数据处理和实时数据刷新是系统最基本要求，随着 综合自动化系统集成的子系统和监测控制设备增多，监测控制测点可以达到上 万个。 这样对图形系统处理海量图形数据提出更高的要求。系统在工控机上测 试图形周期的实时刷新、轮询、显示，在监测控制测点小于 500 个时，刷新可 以达到 1S 以下。高效的数据处理能力完全满足系统对图形化系统的要求。 2.22.2 平台三维虚拟仿真平台三维虚拟仿真 2.2.1、VRML 虚拟化现实是利用计算机技术与空间技术相结合构造出的一个虚拟境界，系 统采用 VRML 在 Internet 上进行虚拟三维空间创建，在虚拟空间中可以添加多 媒体效果，为安全监测人员提供现实的、真实的、生动的、接近现实的监测场 景。虚拟现实构造语言 VRML 是 3D Web 技术的核心，VRML 是一种描述交互式三 维对象世界的文件格式，它允许你去描述一个现有的或想象的景物，并将它放 入虚拟的三维环境中。随着国际互联网络的普及，网络技术和硬件设施的飞速 发展，虚拟现实技术将成为今后网络多媒体发展方向的主流。VRML 作为一种 ISO 国际标准将得到越来越广泛的应用。 2.2.2、虚拟仿真开发 三维虚拟仿真可视化系统以煤矿现实场景为基础，利用虚拟现实展示技术 实时数 据库 历史数 据库 图元库 模拟图编辑 数据解析 图形运行展示 图 元 管 理 与数字化矿山相结合。在综合自动化系统对矿山现有系统的数据集成的基础上， 提供了对矿山井上与井下全景虚拟展示与安全信息监测，巷道内设备管理与查 看、巷道人员分布情况的监测，各种监测数据的实时监测，安全生产调度与指 挥，各种生产工艺流程的三维仿真、避救灾线路演示、通风流向模拟、排水流 向模拟、设备拆解培训等。 虚拟仿真实现了对井上运煤系统、抽排系统、通风系统、洗选系统、提升 系统等重要生产环节的数据监测、模拟仿真。同时对人员下井过程进行全程模 拟，实现了新员工的入井培训与虚拟现实相结合。根据现场 CAD 精确绘制井下 巷道分布图，实现对井下各种运输设备、监控设备、采掘设备、采掘工作面作 业等实时运行情况和当前环境进行模拟仿真，真实再现了井下实时作业场景。 将矿井瓦斯、风速、温度、一氧化碳、设备开停、通风等安全监测人员定位同 计算机仿真的三维巷道实现精确的空间融合。 煤矿巷道及安装设备的位置经常发生改变，系统根据实际情况提供巷道编 辑、设备管理功能，实现对井下巷道和设备的添加、修改与删除。 三、结束语 随着数字化矿山、信息化矿山的进一步发展与应用，对综合自动化系统的 集成与展示要求都会提出更高的要求，本文提出的异构系统集成多形态化接口 及集成数据展示多样化、多维化的思想为煤矿自动化建设提供了实施及开发的 可行性的依据。同时也为组态图形在煤矿应用提供了实践应用证明。综合自动 化的发展应该发展更多集成接口与展示方式，从而更进一步提升数字化矿山的 建设。 参考文献 【1】