（电力系统及其自动化专业论文）煤矿安全监控系统数据集成方式研究.pdf

s u b j e c t ：t h er e s e a r c ho fd a t ai n t e g r a t i o nb a s e do nc o a lm i n e s a f e t y - m o n i t o r i n gs y s t e m s p e c i a l t y ：p o w e rs y s t e m & a u t o m a t i z a t i o n n a m e ：c h e n g k u n l i i n s t r u c t o r ：x i u c a i g n o a b s t r a c t ( s i g n a t u r e ) ( s i g n a t u r e ) c o a li sas i g n i f i c a n te n e r g ys o u r c e si no u rc o u n t r y c o a li n d u s t r yi sv e r ys p e c i a l t h e r e a r el o t so fp o t e n t i a ls a f e t yp r o b l e m s ，w h i c ht h r e a t e nw o r k e r s l i f e t h e r e f o r e ，t h es a f e p r o d u c t i o ni nc o a li n d u s t r yh a sb e e nw i d e l yc o n e e m e d w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e r t e c h n o l o g y , n e t w o r ki n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , a u t o m a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h er e q u i r e m e n to f m o d e m m a n a g e m e n t i nc o a li n d u s t r y , i ti st h eo v e r a l lt r e n do ft h ei n f o r m a t i o nd e v e l o p m e n to f t h e c o a li n d u s t r yt h a ti m p l e m e n t i n gt h er e m o t em o n i t o r , b r o w s e r , q u e r ya n ds h a r eo f i n f o r m a t i o na m o n gt h ec o a lm i n es a f e t y - m o n i t o r i n gs y s t e m a tt h ep r e s e n tt i m e ，b e c a u s et h e r e i sn ou n i f o r n ls t a n d a r di nc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo fs u r v e i l l a n c es y s t e m si nc o a li n d u s t r y , t h e s e s y s t e m sa r e a l m o s t i r r e l e v a n t , i n d e p e n d e n t ，i n c o m p a t i b l ea n du n a b l e t os h a r e i n f o r m a t i o nv a s t l y , w h i c hf o r m e di n s u l a ri n f o r m a t i o ni s l a n d s a sar e s u l t ，t h ep r o g r e s so ft h e c o a li n d u s t r i a li n f o r m a t i o n i z a t i o nh a sb e e nh e l db a c kt oag r e a te x t e n t 。 t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dp r o b l e m so fi n f o r m a t i o ns h a r i n g ， i n t e g r a t i o na n di s o m e r o u sd a t ai nv a r i o u se x i s t i n gs a f e t y - m o n i t o r i n gs y s t e m s i th a sb r o u g h t f o r w a r da n dd e s i g n e dt h e o v e r a l ls c h e m eo ft h ei s o m e r o u sd a t at r a n s f o r m a t i o na n d i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no fc o a li n d u s t r y i t a i m sf o r t h ei s o m e r o u sd a t at r a n s f o r m a t i o na n dt h e t e c h n o l o g i c a ld i f f i c u l t y 淅t l ld a t at r a n s m i s s i o n , t h et e c h n o l o g yo f f i l ee x c h a n g e ，o d b c ，d d e a n do p ca r es e r i o u s l yr e s e a r c h e da n dd e s i g n e dac o a lm i n es a f e t y m o n i t o r i n gs y s t e mb a s e d o no p ct e c h n o l o g y t h i sp a p e r p a r t i c u l a r l ya n a l y z e dt h ed a t aa c c e s ss p e c i f i c a t i o no fo p ca n d i t sc o r et e c h n i q l l e _ - c o m d c o mt e c h n o l o g y w ef o c u s e do nd e s i g n i n ga n dr e a l i z i n gt h e o p cc l i e n tc o m p o n e n ta n ds e r v e rc o m p o n e n t i nt h i sp a p e r , ac o a lm i n es a f e t y m o n i t o r i n g s y s t e mw a sd e s i g n e da n dr e a l i z e db a s e do no p ct e c h n o l o g y f i n a l l y , t h ep a p e rd e s c r i b e d f u n c t i o nm o d u l e so ft h i ss y s t e mi nd e t a i l t h ec o a lm i n es a f e t y - m o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do no p ct e c h n o l o g yw i t hg o o do p e n i n g ， a d v a n c e m e n ：t e x p a n d i n ga n de a s yo p e r a t i o nh a sb e e nd e s i g n e d a n dr e a l i z e di nm yp a p e r m e 锄w k l e ，t h es y s t e mh a sb e e nn m n i n gs t e a d i l yi n t h et e s t i n gp r o c e s s ，a n du s e di n p r a c t i c a l i t yw i t hg o o dp e r f o r m a n c e i tw i l lp l a y a ni m p o r t a n tr o l ea n dh a v ei m p o r t a n c e m e a n i n g st op r o m o t ea n da c c e l e r a t et h ei n f o r m a t i o n i z a t i o np r o c e s so f t h ec o a li n d u s t r yi no u r c o u n t r y k e y w o r d s ：m o n i t o r i n gs y s t e m c o m d c o mt e c h n o l o g y i n f o r m a t i o n i z a t i o n d a t ai n t e g r a t i o n d a t at r a n s f o r m a t i o n o p c t e c h n o l o g y t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 西姿错技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科 技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：爿嗡呻1 日期：2 卯，口歹9 尹 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期 阀论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 躲样叶揪燃：卵，霭才 f 矽疗衫月炉e t 1 绪论 j 暑宣薯萱；暑；置i ri 昌置葺宣暑i ；暑宣暑；萱旨宣i 宣宣i 1 绪论 煤炭是国家的重要能源，煤矿安全生产是各国煤炭行业的共同话题，各国政府都极 为重视。随着信息技术的发展以及煤矿行业自身现代化管理的需求，实现矿级、局级、 省级监控系统的联网乃至全国的网络化煤矿安全监控信息系统，解决“信息孤岛 问题， 最终实现信息的共享，对我国煤炭行业的安全生产具有重要的意义。 网络技术的不断成熟，为实现网络化煤矿安全监控信息系统提供了有力的保障。由 于我国煤炭行业监控子系统数量多、通信协议不统一以及系统具有不同的网络化结构 等，使得信息在处理和共享方面存在数据异构问题，为实现联网带来了一定的障碍。因 此，要实现信息的共享，主要任务就是解决数据异构和数据集成问题。特别是在煤矿安 全形势较为严峻的情况下，解决煤矿安全监控系统数据的异构和集成问题，对实现各系 统之间的信息共享和推进煤炭企业的信息化进程有着极为重要的意义。 1 1 国内外煤矿安全的现状 煤矿安全无论在国外还是在国内都是煤炭行业持续、稳定、健康发展的重要保证， 在生产力发展的今天安全生产对于国家建设越来越突显其重要地位和作用。安全是煤炭 生产的头等大事，对煤炭生产起着保证、支撑和推动作用，同时也是国家安全生产的重 要组成部分。 1 1 1 国外煤矿安全的现状 ( 1 ) 德国的煤矿安全现状 德国是世界上煤炭储量最大的国家之一，煤矿每百万吨煤死亡人数是0 0 4 。德国矿 业协会认为：重视煤矿安全技术的研究与开发工作、采用先进的安全控制技术，是德国 煤矿安全生产的重要保证。德国的矿山设备制造技术是世界一流的，矿井装备自动化程 度较高。从矿井建设时开始，就已把生产中的安全问题考虑进去，将所有可能出现事故 的地方都提前安装可靠的预防设备，让设备自动有效地解决问题，而工人则可放心地进 行生产。近年来，德国在煤矿安全技术方面又有了新突破，如数字眼镜查机器、全自动 分拣煤车、无线局域网系统等都已在煤矿安全生产中得到成功运用。 ( 2 ) 美国的煤矿安全现状 美国也是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，也曾经历过安全状况恶化、伤亡事故 严重的年代，如表l - l 所示。现在美国每百万吨煤死亡人数在o 。0 3 以下。美国煤矿能实 现“高产量、低伤亡 得益于三大因素：新技术的应用提高了煤矿生产安全、矿主和政 府部门都增强了安全责任感、增强了对煤矿工人的培训雎5 1 。 西安科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 英国的煤矿安全现状 英国煤炭开采历史悠久，英国政府非常重视煤矿安全生产问题。英国政府通过新技 术、新装备的推广运用及各种层次的安全培训，煤矿安全状况不断好转，出现了两次历 史性飞跃，如表1 2 所示。 表1 1 美国煤矿事故死亡人数统计表表1 2 英国1 9 1 0 年到1 9 9 9 年死亡人数对比表 年代 死亡人数年 2 0 世纪前3 0 年 1 9 9 0 2 0 0 0 2 0 0 4 2 0 0 0 6 6 4 0 2 7 1 1 2 国内煤矿安全的现状 由于我国煤炭形成的自然条件和地质条件的多变，生产条件比较复杂，自然灾害较 为严重，所以在我国众多的行业中，煤炭行业事故所占比重最大，占工业死亡总人数的 6 0 以上。我国煤矿百万吨死亡率由2 0 0 2 年的4 9 4 下降到2 0 0 7 年的1 4 8 5 ，虽有下降 的趋势，但表1 3 中的数字足以说明煤矿安全事故给人民生命带来的巨大伤害，给煤炭 工作人员的家庭造成的极大痛苦，给国家建设造成的巨大经济损失并产生恶劣的社会影 响和严重的后果璐1 。 表1 32 0 0 1 年到2 0 0 7 年死亡人数对比表 1 2 国内外煤矿安全监控系统的发展现状 1 2 1 国外煤矿安全监控系统的发展 国外煤矿监控技术是6 0 年代开始发展起来的，至今已有四代产品，基本上5 , - - - , 1 0 年更新一代产品。产品的分类从技术特性上来看，主要是从系统信息传输方式来划分监 控系统的发展阶段，如表1 4 所示。最近几年，随着技术的不断发展，国外在不断完善 煤矿安全的跟踪预测的基础上，开展了研究瓦斯突出的动态预测技术和突出危险区域预 测技术嘲。 2 1 绪论 1 2 2 国内煤矿安全监控系统的发展 我国监测监控技术应用较晚，在引进国外技术的同时，通过消化、吸收并结合我国 煤矿的实际情况，先后研制出k j 6 6 、k j 7 5 等早期监控系统。随着电子技术、计算机软 硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内又相继推出了k j 9 0 、k j 9 5 、k j 9 5 n 等监控系统以及矿山安全监测系统、基于i n t e m e t 的地理信息系统等煤矿安全综合化和 数字化网络监测管理系统等喳1 。我国煤矿现有的主要安全监控系统如表1 5 所示。 表1 4 国外监控系统发展状况表表1 5 我国煤矿现有的主要安全监控系统表 系统厂家 k j f 2 0 0 0 k j 9 8 k j 9 5 、k j 9 5 n k j 9 0 、k j 5 4 煤炭科学研究总院抚顺分院 山西省煤炭高新技术总公司 常州自动化研究院 煤炭科学研究总院重庆分院 截至目前，黑龙江煤矿安全监察局利用黑龙江移动的g s m 和g p r s 网络已对全省 8 1 2 处矿井实现了风机主扇监控和瓦斯浓度监控，占全省煤矿计划实现安全监控总数的 7 4 ，并己实现了全部联网。由于实现了对各类煤矿的远程动态监控，有效地消除了很 多事故隐患，在一定程度上控制了瓦斯爆炸事故的数量。山西省将投资4 亿元建设全省 煤矿瓦斯监测监控系统。山西省的9 0 2 个高瓦斯矿井和按高瓦斯管理的矿井于去年1 0 月全部安装了瓦斯监测传感器，并进入山西省煤矿瓦斯监测监控网络系统，各级控制中 心都可以对井下的瓦斯浓度监测监控，各级煤炭生产主管部门及时掌握井下瓦斯情况， 一旦瓦斯超限，自动化装置就会按预案处置，值班人员也会通知有关部门采取相应得措 施。山东新汶矿务局下属有7 个煤矿装有安全监控系统，目前已完成了数据集成和数据 在线浏览的功能；铜川矿务局所管辖的各个煤矿内，装有煤矿安全监控系统的只有陈家 山、下石阶矿、玉华矿。它们解决数据集成的方法就是直接采用f t p 来产传输实时数据 的文本文件和数据定义文件到矿务局网络中心服务器，在服务器端分别读取数据文件存 入数据库服务器。然后在利用b s 结构将数据在整个矿务局内部进行浏览显示。但这种 解决方法如果数据量较少可以采用，数据量大或煤矿多则会加重服务器端的工作任务。 在服务器端必须对每一个矿的每次传输上来的文本文件都要进行处理，然后存入数据库 服务器中，这样效率比较低，可能有时会造成读写文件的冲突。总的看来，中国矿山正 在向数字化矿山的方向迈进旧】。 随着科学技术的不断进步，监控系统的发展也将向多元化发展，功能也将不断完善。 在未来的几十年里，我国的煤矿安全监控系统的发展趋势如下：发展覆盖面广的监测监 控系统；发展品种齐全、高可靠性的矿用传感器；规范网络结构，实现网络的标准化； 3 西安科技大学硕士学位论文 发展专家诊断、专家决策系统软件等。 1 2 3 我国煤矿安全监控系统存在的问题 由于我国煤矿监控系统的架构和客观存在的因素，监控系统存在以下问题嘲嘲： ( 1 ) 煤矿安全监控系统的通信协议不规范 部分厂家的监控系统采用各自专用的通信协议，很难找到两个相互兼容的系统。系 统各自处于封闭状态，系统间无法实现信息共享，很难实现全局或高级别的联网。 ( 2 ) 数据不能完全共享 随着发展生产的需要，监控子系统越来越多，而且系统都有自己独立的数据存储方 式，数据冗余度较大，形成了“信息孤岛。为了实现信息共享，有必要解决系统之间 的数据异构、数据交换、数据传输等问题。 ( 3 ) 没有有效的利用网络实现系统集成 利用通信、网络技术实现全局煤矿安全监控系统的集中监测，为领导及相关技术人 员提供各矿实时监测数据，有利于领导对下属各矿的安全生产进行管理和指挥调度。为 了建立适应矿级、局级的网络化煤矿安全监控信息系统，系统的联网是必须的。但矿上 安装的监控系统种类不一，需解决的主要问题就是不同种类和不同版本的监控系统之间 的数据访问和数据集成问题。 ( 4 ) 视频监控系统的独立性问题 工业电视监控系统的数据和煤矿安全监控系统的数据无法融合在一个平台上。 1 3 课题介绍 1 3 1 课题要解决的问题 针对现在煤矿安全监控系统存在的问题和信息化发展的趋势，本文研究的重点是用 最优的方法实现煤矿安全监控系统中异构数据的转换和集成。目的是为了解决系统中的 “信息孤岛 问题，充分利用网络资源，将不同数据集成在同一平台上，方便领导和相 关技术的管理和指挥调度，最终实现煤矿网络化和信息化。 1 3 2 课题研究的内容 课题研究了煤矿安全监控系统异构数据转换和信息网络的集成与实现，内容如下： 第一章，分析煤矿安全生产状况和煤矿安全监控系统的发展情况，提出我国煤矿安 全监控系统存在的问题。 第二章，分析煤矿安全监控系统的网络化体系结构，包括系统网络结构和测控模式。 第三章，讨论了煤矿安全监控系统数据集成原理和异构数据的转换方法，提出了本 4 1 绪论 文拟采用的o p c 技术。 第四章，研究了o p c 技术的原理、技术本质等，设计和实现了数据访问组件。 第五章，实现了基于o p c 技术的煤矿安全监控系统，详细介绍了系统的功能模块。 第六章，对论文的工作进行总结，并对以后的工作进行展望。 1 3 3 课题研究的意义 本课题研究的是煤矿安全监控系统异构数据的转换和信息网络的集成及实现，便于 领导做出正确的决策和对生产过程的监控，进一步提高管理水平，提高生产效率。该系 统为各级生产指挥者和业务部门提供环境安全参数动态信息，为指挥生产提供第一手资 料。通过对被测参数的比较和分析，为预防灾害事故提供技术数据，便于提前采取防范 措施；通过对被测参数实施实时有效的控制，及时实现自动报警、断电和闭锁，便于制 止事故的发生或扩大；在发生事故的情况下，能及时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救 和疏散人员、器材，提供决策信息。 煤矿安全监控系统数据集成方式的研究以及系统的实现，是以先进的管理思想为指 导，以成本控制为核心，以信息技术为支撑，实现企业经营运作的高效率和高效益，对 推动我国煤矿安全监控系统的发展和我国煤炭行业信息化都有十分重要的意义。 1 4 本章小结 本章主要论述了以下二方面的内容： ( 1 ) 介绍了煤矿安全、煤矿安全监控系统以及国内有关数据集成的发展现状，提出 了我国煤矿安全监控系统存在的问题。 ( 2 ) 确定课题要解决的问题、研究的内容以及研究的意义。 5 西安科技大学硕士学位论文 2 煤矿安全监控系统的网络化体系结构 2 1 煤矿安全监控系统的网络结构 了解煤矿安全监控系统的网络结构是进行系统数据网络集成的出发点。煤矿安全监 控系统的网络结构主要为集散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，d c s ) 和现场总线控 制系统( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ，f c s ) 。 2 1 1d c s 结构 d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) 其核心是采用分散控制、集中管理的设计思想，分 散自治、综合协调的设计原则，层次化的体系结构，实现了管理与控制的分离。d c s 不仅具有连续控制、逻辑控制的功能，而且具有顺序控制和批量控制的功能m 。 我国煤矿安全监控系统中常见的k j 9 5 、k j 2 0 0 0 等都为d c s 结构，采用“中心站主 机一分站一传感器 的体系结构设计。中心站主机采用w i n d o w s 操作系统，在此基础 之上进行扩展，以满足监控系统的监控功能、通信功能、信息处理功能、网络功能等。 集散控制结构示意图如图2 1 ( a ) 所示。 不同d c s 制造商为达到垄断经营的目的，对其控制通信网络采用各自专用、封闭 的通信协议，所以不同制造商的d c s 之间以及与上层i n t r a n e t 、i n t e m e t 信息网络之间都 难以实现网络互联和信息共享。其次，d c s 的控制站仍然是集中的，并没有彻底做到分 散控制、集中管理。因此，总体来讲d c s 是一种专用、封闭的，不具有可互操作性的， 不彻底分散控制的分布式控制系统。在这种情况下，为了满足用户对网络控制系统提出 的开放性、成本低等迫切需求，f c s 结构应运而生了。 2 1 2f c s 结构 ( 1 ) f c s 介绍 f c s ( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ) 突破了d c s 的相对封闭性，是以现场总线为基础的分 布式网络自动化系统。现场总线是具有开放统一的数字通信协议，是开放式、数字化、 多点通信的底层控制网络。f c s 用现场总线把传感器、变送器、执行器、控制器集成一 体，实现生产过程的信息集成，将控制功能彻底下放到现场，把安装于生产现场的具有 输入、输出、运算、控制和通信功能的各种现场仪表或现场设备作为现场总线的节点， 直接在现场总线上构成分散的控制回路，大大降低了成本碡1 。现场总线控制结构示意图 如图2 1 ( b ) 所示。 6 2 煤矿安全监控系统的网络化体系结构 工业控制计算机 控制器控制器 远程传辱器 远程传盛嚣 和执行机构和执行机构 智能自治节点 ( a ) 集散控制( b ) 现场总线控制 图2 1 集散控制、现场总线控制结构示意图 ( 2 ) f c s 与d c s 的比较 f c s 的信号传输实现了全数字化。从最底层的数字式传感器、变送器、执行器开 始，就采用现场总线互联，逐层向上直至最高层都为现场总线网络互联，从而改变了 d c s 最底层的模拟信号传输方式，实现了全系统的网络化。 f c s 是彻底的分散控制。f c s 废弃了d c s 的输出输入单元和控制站，由现场仪 表或现场设备取而代之，即把d c s 控制站的功能化整为零，分散地分配给现场仪表或 现场设备，从而在现场总线上构成分散的控制回路，实现了底层彻底的分散控制。 f c s 具有开放性、互操作性与互换性。f c s 采用统一的标准，不同制造商的现场 仪表或设备可以互连或互换；不同的现场仪表或现场设备具有互操作性，可以统一组态， 共享功能模块及其数据，从而彻底改变了传统d c s 控制层的封闭性和专用性，实现了 现场仪表或设备的“即接即用。 2 1 3d c s 与f c s 的集成策略 f c s 虽具有灵活性、造价低、集成性强等一系列优点，要使煤炭企业完全抛弃原有 d c s 系统而采用f c s 结构的监控系统显然有很大难度。一方面是d c s 的功能正在逐步 完善；另一方面就是整个煤炭企业运营成本和经济效益问题。所以，d c s 和f c s 两种 结构在较长一段时间内会并存，下面介绍一下两种结构的简单集成策略。 ( 1 ) 现场总线与d c s 输入输出总线的集成 d c s 控制站由控制单元和输入输出单元组成，这两个单元通过i o 总线连接。在 i o 总线上挂接现场总线接口板或接口单元，使现场设备或仪表通过现场总线与现场总 线接口单元通信，这样便实现了现场总线与d c s 输入输出总线的集成，如图2 2 所示。 这种集成方式的特点：除了安装现场总线接口板或现场总线接口单元外，不用对 d c s 再作其它变更，充分利用d c s 控制站的运算和控制功能模块以及已有的技术和资 源，投资少、见效快，便于推广现场总线。 ( 2 ) 现场总线与d c s 网络的集成 现场总线服务器是一台完整的计算机，安装了现场总线接口卡和d c s 网络接口卡， 7 西安科技大学硕士学位论文 将其挂接在d c s 网络上，现场设备或仪表通过现场总线接口卡与其通信，现场仪表中 的输入、输出、控制和运算等功能模块可以在现场总线上独立构成回路，而不必借用 d c s 控制站的功能。现场总线服务器通过d c s 网络接口卡与d c s 网络通信，可以将现 场总线服务器看作d c s 网络上的一个节点或一台设备，可以不配操作员站或工程师站， 直接借用d c s 的操作员站或工程师站，来实现两者之间的资源共享，如图2 3 所示。 l 工程师站ld c s m 络i 操作员站il 计算机站 ili 控制单元 r _ 现场总线接口年 凸姥 i ，o 单元 r _ 。8 1 图2 2 现场总线与d c s 输入输出总线的集成图2 3 现场总线与d c s 网络的集成 这种集成方式的特点：只需安装现场总线服务器，不用对d c s 再作其它变更；现 场仪表和设备在现场总线上可以独立构成控制回路，实现彻底的分散控制。 ( 3 ) f c s 网络与d c s 网络的集成 可以直接将f c s 网络通过网关与d c s 网络集成，在各自网络上直接交换信息或者 将f c s 和d c s 分别挂接在i n t r a n e t i n t e m e t 上，通过i n t r a n e t i n t e m e t 间接交换信息，结 构如图2 4 所示。 图2 4f c s 网络与d c s 网络的集成 这种集成方式的特点：独立安装f c s ，以网关为桥梁，对d c s 几乎不作任何变更； 有利于f c s 的发展和推广，又充分利用了现有d c s 的资源，但系统投资较大，适用于 新建装置。 2 2 监控系统的网络化测控模式 2 2 1c s 模式 c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户机服务器) 结构的基本工作原理：客户通过远程调用 ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) 或直接请求数据服务器应用程序提供服务，服务器执行完 8 2 煤矿安全监控系统的网络化体系结构 i i ；i i i i 宣i 暑宣i i i i i i ；i i i i i i i i i i ；i i i ；i i i i i 宣；i 宣；i ；i i i i i i i 置i i i i i i i i i i i ；i ；i ；i i i i i i i i i i i i ； 请求后，将数据和结果返回给客户机。客户端负责实现用户接口功能，同时封装了部分 或全部的应用逻辑。服务器端的数据库服务器主要提供数据存储功能，也可通过触发器 和存储过程提供部分应用逻辑。 ( 1 ) 传统的二层c s 模式 传统的二层c s 结构，即客户端和服务器端。所有的业务逻辑放在客户端，使客户 端过“胖”，相对来说服务器端较“瘦”。二层c s 结构的不足之处有：效率低下、安全 性差、维护困难、共享程度低、客户端负担重等，其结构如图2 5 所示阳3 。 ( 2 ) 三层c s 模式 随着中间件与w e b 技术的发展，为了克服两层c s 结构的局限性，三层c s 结构 应运而生，即客户机应用程序、应用程序服务器、数据库服务器旧1 ，其结构如图2 6 所 示。 d 客户机 一蛔刚咖e t h 客户机 、 图2 5 两层c s 结构的体系结构图图2 6 三层c s 结构的体系结构图 三层c s 结构的优势主要表现在以下几个方面：安全性加强、减轻了客户端的负担、 稳定性加强、提高了响应速度、系统具有开放性等。 2 2 2b s 模式 b s ( b r o w s e r s e r v e r ，浏览器服务器) 也是一种c s 结构，它是一种由传统的二层 c s 结构发展而来的三层c s 结构在w e b 上应用的特例，即w 曲浏览器、w 曲服务器、 数据库服务器的三层c s 结构。b s 结构极大地简化了客户机的工作，服务器将担负更 多的工作，对数据库的访问和应用程序的执行将在服务器上完成。所以，b s 是“瘦客 户端”、“胖服务器”的形式n0 | 。具体结构如图2 7 所示。 避| l 沪雷 笸薹萝匡三至j三。| w e b 浏览器w e b 服务器 数据库服； 罩 图2 7b s 结构示意图 b s 模式的三层体系结构将表示层、应用逻辑层、数据资源层分布到不同的单元中。 表示层由浏览器和w 曲服务器的动态页面组成，接收用户的处理请求并交给应用服务 器；应用层对应于w e b 服务器，完成业务逻辑处理，处理过程中会使用数据资源层的 9 西安科技大学硕士学位论文 服务来得到必要信息或存储、修改相应的数据；数据资源层对应于数据库服务器，实现 对数据库的管理和库中数据的访问、增加、删除、修改等m 。 b s 体系结构具有以下独特优势：具有开放的标准、较低的开发和维护成本、使用 简单、界面友好、客户端消肿、系统灵活等。 然而，b s 的三层结构使网络通讯量增加，使得网络的运行速度变慢。因此，本文 认为b s 并不会立即取代c s ，而是二者将在一段时间内共存。 2 2 3c s 与b s 的混合模式 鉴于两种模式各自的优势，煤矿安全监控系统大多采用c s 和b s 的混合体系结构 进行设计，其优点是可以使不同的客户端都可访问到相同的中间层，具有“瘦 客户端、 数据分布处理，增强了系统的安全性等优势。 选用c s 结构可以提高系统的响应速度，高效完成客户报表打印、参数设置、快速 查询等日常安全管理任务。b s 结构有界面统一、美观，操作方便等优点，主要支持客 户对监控信息的浏览、查询及辅助决策、监控信息的发布等。总的来说，广义的煤矿安 全监控系统网络应该是c s 与b s 相混合的信息工作模式，结构如图2 8 所示。 wc _ b ( b 未r o l w s c r ) i 数 应用程序服务器l 夕 服务器 据 库 堰蛩懂型 客户机 服 务 连接户端1 ”l器 2 3 本章小结 图2 8 混合模式结构图 本章主要论述了以下两方面的内容： ( 1 ) 详细介绍了煤矿安全监控系统的网络结构，包括d c s 和f c s 结构并叙述了各自 的特点，提出了两种结构的简单集成策略。 ( 2 ) 阐述了煤矿安全监控系统的网络化信息测控模式，包括c s 和b s 两种模式并 叙述了各自的优势，提出了两者混合模式的设计思想。 1 0 3 煤矿安全监控系统异构数据的转换和集成 3 煤矿安全监控系统异构数据的转换和集成 3 1 异构数据集成原理 异构数据从宏观上来讲可以是计算机体系结构的差异、基础操作系统的不同、数据 来源、数据格式、数据处理方式、数据特点和性质等不同的数据；微观上来讲可以是数 据库的关系模型、层次、网络、面向的对象、函数型等不同的数据。 数据集成就是把异构数据在逻辑上或物理上有机地集中，转换成统一标准的数据格 式，在同一个操作平台上为企业提供全面的数据共享。 3 1 1 系统数据集成原理 系统数据集成是将不同系统的数据进行有效的整合优化，最终实现所有相关系统的 信息交互。从系统论的角度来讨论系统数据集成原理，在异构环境下可以把集成对象类 集cs y s t e m s 和对象属性集as y s t e m s 进行如下描述： c _ s y s t e m s 2 i s l ，i s 2 ，i s n , a _ s y s t e m s = 构，异构 ； 集中，分布 ； 同步，异步) ； 其中同构与异构、集中与分布、同步与异步是从结构、状态、时间三个方面对集成 对象属性进行描述，其中覆盖了集成的接口方式。对象的可集成性用属性集合a 的特征 函数可以表示为： 加协：二 这里面集成事件e 是集合a 的元素，其特征函数值取1 ( 相容) 或取0 ( 互斥) 。一般 情况下，同构对象之间的集成是一种直接的类规模扩展关联关系，只需要采用相同的扩 展接口而无需引入互操作机制，这种方法称为同构整体化；若异构对象和分布对象需要 组成有机统一体，则必须实现异构接口( 互操作接口) 的操作，将异构转化为透明同构， 这称为异构同化；同步与异步对象是在前两种模式的基础上再增加时间参数的组合与实 时处理要求，包括同步( 同时同地) ，分布式同步( 同时异地) ，异步( 异时同地) 和分布式 异步( 异时异地) 等接口定义方式。 通常所说的集成是指异构或分布对象之间的互操作。实际应用环境中不仅有同构分 布和同构集中两种情况，而且与异构集中和异构分布交织在一起。因此，广义集成包括 异构同化和整体优化两大变换操作模式，以及接口( i n t e r f a c e ) 、集成( i n t e g r a t i o n ) 和整体 化( i n t e g r a l i z a t i o n ) 三类操作，也就是系统集成的3 i 方法n 羽。 综上所述，把集成实现的概念与方法、相关技术标准、产品支持、操作机制和变换 西安科技大学硕士学位论文 规则等要素的综合作用机理称为系统集成原理。设定集成对象0 i ( i = l ，2 ，n ) ，集成接 口i j ( j = l ( n ，k 是由接口信息交换方式所确定的系数) ，集成变换操作i ( ) ，则系统集成实 现原理可用图3 1 表示n 2 。 一日异赋作 g = = = m _ p f r m = t h i s ；m _ p v i e w 2 n u l l ； n a m eo fo p cs e r v e r m s t r s w n a m e = ”x x x o p c s e r v e r ”； | | d e s c r i p t i o n 斌嫩杖斟既 m s t r s v r d e s c = ”x x x o p c s e n ，e f ； a c t i v ey o u rp r o d u c t r e g i s t e r e du s e ro n l y k o 趾a c t i v e ( 爪l a m e ”，”c o d e ”) ； x x xo p cs e r v e ri n i t i a l i z a t i o n k o s _ i n i t ( c l s i d _ s v r ，l o o ) ； | ls e td e l i m i t e rc h a r a c t e rf o rh i e a r c h i a ln a m e s p a c e d e f a u l te h a r c t e ri si o ! k o s _ s e t a d d r e s s d e l i m i t e r ( 一) ； s e t t i n gw r i t ec a l l b a c kp r o c e d u r e k o ss e t c l i e n t w r i t e p r o c ( & c l i e n t w r i t e p r o c ) ； s e t t i n gc l i e n ts h u t d o w nc a l l b a c kp r o c e d u r e k o s _ s e t c l i e n t s h u t d o w n p r o c ( & c l i e n t s h u t d o w n p r o c ) ； | | s e t t i n gi t e mc o r m e g tc a l l b a c kp r o c e d u r e k o s _ s e t l t e m c o n n e c t p r o c ( & i t e m c o n n e c t p r o e ) ； l | s e t t i n gu n k n o w n k o s _ _ s e t u n k n o w l t e m p r o c ( & u n k n o w l t e m p r o e ) ； i n i t i a l i z e c d t i e a l s e e t i o n ( & t h i s - m _ c s l o e k ) ； ( 2 ) 服务器初始化后，还要完成客户端对其的数据读写以及客户端关闭的实现。 v o i dc a l l b a c ke x p o r tc l i e n t w r i t e p r o e ( h a n d l eh a n d l e ，v a r i a n t 事p v a r ) t r a c e ( ”c l i e m w r i t e d a t a , t e mh a n d l e - - d f l o a tv a l u e = f i l , h a n d l e ，p v a r - f l t v a l ) ； c t e s t s e r v e r a p p p a p p = ( c t e s t s e r v e r a p p ) a f x g e t a p p 0 ； p a p p - m _ p f r m - c l i e n t w r i t e ( h a n d l e ，p v a r ) ；) v o i dc a l l b a c ke x p o r tc l i e n t s h u t d o w n p r o e ( d w o r dd w c l i e n t c o u n t ) t r a c e ( ”c l i e n ts h u t d o w n , r e m a i nc o n n e c t i o n sc o u n t = d 乜”，d w c l i e n t c o u n t ) ； 附 录 i f ( d w c l i e n t c o u n t o ) s h u t d o w nt h i ss e r v e rn o w ! ( 3 ) 服务器注册和反注册是实现程序成为通用接口和被连接对象的必需，实现如下。 v o i dc m a i n f r a m e ：o n o p c r e g s e r v e r o i n ti ； b o o lb r e t = f a l s e ； c s t f i n gs t r f i l e ； s t r f i l e = a f x g e t a p p 0 - m _ p s z h e l p f i l e p a t h ； i = s t r f i l e r e v e r s e f i n d ( ) ；s t r f i l e = s t r f i l e l e f t ( i + 1 ) ；s t r f i l e4 - = - - ”k o s v c e x e ”； b r e