基于云平臺技術(shù)的選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

曹文艷 王然風(fēng) 王 開 付 翔

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024)

?

★ 煤炭科技·機電與信息化★

基于云平臺技術(shù)的選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

曹文艷 王然風(fēng) 王 開 付 翔

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024)

為了進(jìn)一步提升大數(shù)據(jù)信息時代選煤綜合自動化和信息化水平，引入云平臺技術(shù)，根據(jù)選煤廠生產(chǎn)水平與信息管理實際需求，研究設(shè)計了選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)。分析了該系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)功能模塊設(shè)計，最后闡述了該系統(tǒng)的應(yīng)用效果。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠提高企業(yè)的綜合自動化和信息化水平，降低企業(yè)的經(jīng)營成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

云平臺 綜合自動化 節(jié)能管理 信息系統(tǒng)

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)迅速發(fā)展，行業(yè)應(yīng)用正在快速推廣，市場規(guī)模增速明顯。在選煤過程中，如果能夠通過數(shù)據(jù)信息化與選煤綜合自動化深度結(jié)合，企業(yè)管理者使用大數(shù)據(jù)分析并與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合做出決定，可以實現(xiàn)對許多設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和故障維護(hù)，為實現(xiàn)安全生產(chǎn)、減員提效、節(jié)能降耗提供強有力的手段，充分實現(xiàn)選煤生產(chǎn)過程的機械化、自動化、信息化和智能化，從而提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)概述

選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)是基于大數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和分析的整套解決方案，兼容西門子、AB、施耐德等絕大部分PLC、DCS以及智能儀表等系統(tǒng)，提供豐富的設(shè)備接入接口以及入網(wǎng)方式，解決遠(yuǎn)程運維問題。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸基于VPN-P2P技術(shù)，整個系統(tǒng)架構(gòu)安全穩(wěn)定。平臺系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)云服務(wù)，具備數(shù)據(jù)采集、顯示、報表、報警、趨勢等功能，并以Web發(fā)布、移動終端監(jiān)視、API接口等方式使選煤綜合自動化生產(chǎn)過程、生產(chǎn)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)人員緊密聯(lián)系起來。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足大量數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)囊?，使用快速光纖網(wǎng)線構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，并且建立下級設(shè)備、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器之間的通訊，搭建云平臺?；谠破脚_技術(shù)的選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于云平臺技術(shù)的選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)架構(gòu)

2 系統(tǒng)模塊化設(shè)計

選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)是由第三方服務(wù)商提供以及由虛擬的主機、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等硬件資源組成的平臺，無需購買服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲設(shè)備，只需通過網(wǎng)絡(luò)租賃并自主開發(fā)搭建應(yīng)用系統(tǒng)即可。平臺采用模塊化開發(fā)方式，主要模塊包括應(yīng)用管理層的設(shè)備管理模塊、設(shè)備運行維護(hù)模塊、數(shù)據(jù)展示模塊、設(shè)備異常報警模塊；數(shù)據(jù)存儲及應(yīng)用開發(fā)層的應(yīng)用開發(fā)模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊；數(shù)據(jù)采集傳輸層的數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)采集模塊；底層設(shè)備感知層的控制執(zhí)行模塊和設(shè)備感知模塊。基于云平臺技術(shù)的選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 應(yīng)用管理層

2.1.1 設(shè)備管理模塊

登錄管理信息系統(tǒng)，通過該模塊填寫網(wǎng)關(guān)名稱、網(wǎng)關(guān)編碼、認(rèn)證密鑰、虛擬地址以及下級連接設(shè)備的名稱和IP地址等相關(guān)設(shè)置信息，即可將設(shè)備連接到云平臺，從而對設(shè)備的文檔信息、基本屬性、控制指令、管理人員信息等進(jìn)行綜合管理。

圖2 基于云平臺技術(shù)的選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.1.2 設(shè)備運維模塊

云平臺包含的Datalin智能網(wǎng)關(guān)能兼容包括西門子、AB、施耐德等絕大部分可編程控制器及智能儀表的接入，可以安全穩(wěn)定地實現(xiàn)程序遠(yuǎn)程下載、上傳以及對壓濾機等遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行實時運行維護(hù)管理，該模塊包括運維記錄、運維事項、運維報告、運維人員管理和工單任務(wù)等。

2.1.3 數(shù)據(jù)展示模塊

數(shù)據(jù)庫中保存了全部的實時和歷史數(shù)據(jù)，利用云平臺Datewin軟件趨勢功能，對選煤廠各個系統(tǒng)各變量進(jìn)行組態(tài)后通過Web發(fā)布，管理者在該模塊可以通過客戶端瀏覽器實時觀察各系統(tǒng)生產(chǎn)變量的實時曲線、歷史曲線、界面展示和數(shù)據(jù)報表等。

2.1.4 設(shè)備異常報警模塊

云平臺Datewin軟件支持報警功能，具備報警通知、報警處理 、報警統(tǒng)計和報警查詢等服務(wù)。管理者通過該模塊的報警信息可以及時地了解現(xiàn)場各個設(shè)備的工作狀況，并及時作出對故障進(jìn)行排查修復(fù)的決策。

2.2 數(shù)據(jù)存儲及應(yīng)用開發(fā)層

2.2.1 應(yīng)用開發(fā)模塊

云平臺Datewin軟件兼具數(shù)據(jù)采集、畫面組態(tài)、界面發(fā)布等功能于一體。Datewin軟件擁有功能強大的集成開發(fā)環(huán)境，具備豐富的元件倉庫與高級控件，同時具備強大的報表、趨勢以及報警等功能，依托HTML5前沿技術(shù)，可以將選煤廠工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備運行組態(tài)畫面、數(shù)據(jù)報表、變量趨勢變化以及設(shè)備異常報警等工況進(jìn)行Web發(fā)布。不僅可以滿足企業(yè)級的應(yīng)用要求，也可以方便終端用戶通過瀏覽器實時瀏覽和監(jiān)測，從而使企業(yè)各個部門以及遠(yuǎn)程終端用戶實時監(jiān)測和控制選煤廠工業(yè)現(xiàn)場的各種設(shè)備，為管理部門和經(jīng)營人員提供信息支持。

2.2.2 數(shù)據(jù)存儲模塊

由服務(wù)器端數(shù)據(jù)采集軟件Datawin與數(shù)據(jù)采集模塊無線網(wǎng)關(guān)對接，將智能網(wǎng)關(guān)Datalin從可編程控制器或智能儀表采集到的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過內(nèi)部的接口協(xié)議傳輸?shù)綄崟r數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，完成對實時數(shù)據(jù)的存儲和處理。并對上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)接口。該模塊采用的SQL Server實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可以方便快捷的創(chuàng)建、操作、管理實時/歷史數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)采集傳輸層

2.3.1 數(shù)據(jù)傳輸模塊

無線網(wǎng)關(guān)與工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備連接過程中，通過網(wǎng)關(guān)LAN 口的設(shè)置，實現(xiàn)DataLin 智能網(wǎng)關(guān)與PLC控制器及下級設(shè)備的以太網(wǎng)或串口有線網(wǎng)絡(luò)通訊。網(wǎng)絡(luò)使用快速光纖跳線，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，滿足大量數(shù)據(jù)傳輸高速要求。無線網(wǎng)關(guān)與上級云平臺服務(wù)器連接過程中，通過設(shè)置WAN口，實現(xiàn)DataLin 智能網(wǎng)關(guān)與上級云平臺服務(wù)器的WiFi或4G無線網(wǎng)絡(luò)通訊，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_服務(wù)器，有利于后期對數(shù)據(jù)進(jìn)行大量挖掘分析和處理。

2.3.2 數(shù)據(jù)采集模塊

無線智能網(wǎng)關(guān)是數(shù)據(jù)采集模塊的核心，選煤廠使用的DataLin智能網(wǎng)關(guān)集成4G/WiFi/WAN等多種互聯(lián)網(wǎng)接入方式，可以適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，提供可靠的安全通訊鏈路。通過Datalin智能網(wǎng)關(guān)可實現(xiàn)選煤廠工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)的遠(yuǎn)程采集、設(shè)備的遠(yuǎn)程控制以及設(shè)備的本地化操作等。對于PLC控制設(shè)備，可以實現(xiàn)西門子、AB等主流PLC的遠(yuǎn)程在線編程、程序遠(yuǎn)程上傳和下載、遠(yuǎn)程在線仿真、設(shè)備遠(yuǎn)程控制以及遠(yuǎn)程組態(tài)等。將現(xiàn)場分散的設(shè)備集中管理、遠(yuǎn)程維護(hù)和診斷可以為企業(yè)設(shè)備云平臺的開發(fā)及運行提供可靠的數(shù)據(jù)及通訊保障。

2.4 底層設(shè)備感知層

2.4.1 控制執(zhí)行模塊

該模塊包括PLC現(xiàn)場控制分站、現(xiàn)場操作員站、各類智能儀表以及執(zhí)行器等。各個子系統(tǒng)利用智能傳感設(shè)備通過與PLC可編程控制器或上位機硬件通信，建立基于TCP/IP的硬件通信機制。PLC可編程控制器或智能儀表將現(xiàn)場設(shè)備信息采集上來并完成邏輯處理，進(jìn)一步將數(shù)據(jù)傳輸至無線智能數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)。

2.4.2 設(shè)備感知模塊

該模塊主要由各類傳感設(shè)備組成，以傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，融合物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，利用傳感器或感知設(shè)備對識別物體信息以及采集到信號進(jìn)行初步處理，同時整合通信模塊來傳輸數(shù)據(jù)。

3 應(yīng)用效果

2015年，基于云平臺技術(shù)的選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)在晉城礦業(yè)集團成莊選煤廠投入使用，兩年來系統(tǒng)運行平穩(wěn)，實現(xiàn)了選煤生產(chǎn)過程的自動化、信息化和智能化，有效提高了選煤廠的生產(chǎn)水平和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)從實現(xiàn)功能來看，該平臺基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境框架，云平臺核心部件DateLin網(wǎng)關(guān)中間件能夠屏蔽底層硬件和網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性以及異構(gòu)性，從而方便各種應(yīng)用通過云服務(wù)技術(shù)的方式來獲取和管理各種數(shù)據(jù)源和系統(tǒng)資源。平臺可以實現(xiàn)運行參數(shù)及數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集；實現(xiàn)設(shè)備的集中化管理；實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程維護(hù)調(diào)試以及遠(yuǎn)程編程及程序的上傳和下載；實現(xiàn)組態(tài)顯示、報表、報警、趨勢畫面的遠(yuǎn)程展示。

(2)從企業(yè)顯性經(jīng)濟效益來看，該平臺因采用了無線智能網(wǎng)關(guān)，節(jié)約了光纖、電纜、交換機、熔接費等費用約10萬元。服務(wù)器采用全球領(lǐng)先的云計算服務(wù)平臺。該平臺是一種簡單高效、處理能力可彈性伸縮的計算服務(wù)，快速構(gòu)建穩(wěn)定、安全的應(yīng)用，提升運維效率，降低 IT 成本5萬元。其自動化過程可減少工業(yè)人員20余名，節(jié)約人員開資約100萬元/a。

(3)從企業(yè)潛在隱性效益來分析，與傳統(tǒng)模式相比，基于云平臺技術(shù)的選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)優(yōu)勢明顯。將選煤廠大數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)緊密結(jié)合，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集云平臺可以實時高效地實現(xiàn)PC及移動端的數(shù)據(jù)采集、錄入、查詢、挖掘、統(tǒng)計等功能，可以進(jìn)一步幫助企業(yè)對采集上來的大數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、清理、打包、分析等，為企業(yè)深度挖掘工業(yè)信息和設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)下的數(shù)據(jù)價值，從而助力企業(yè)更好地實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控運維管理以及預(yù)測性維護(hù)，最大限度地實現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗、減員提效。

[1] 包若曦，龍林，傅玄義等. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)空壓機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究[J]. 工業(yè)控制計算機，2016(4)

[2] 彭文梅. 大數(shù)據(jù)時代高校圖書館資源共建共享探析[J]. 肇慶學(xué)院學(xué)報，2014(1)

[3] 俎少杰，樊曉明，王中. OPC技術(shù)在礦井綜合自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 工礦自動化，2011(6)

[4] 鐘睿明，富云.一種跨越異構(gòu)云平臺的互備可靠云存儲系統(tǒng)的實現(xiàn)機制研究[D].北京郵電大學(xué)，2014

[5] 吳吉義，傅建慶，平玲娣等.一種對等結(jié)構(gòu)的云存儲系統(tǒng)研究[J].電子學(xué)報，2011(5)

[6] 李光榮，田佩芳，劉海濱. 煤礦安全風(fēng)險預(yù)控管理信息化云平臺設(shè)計[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2014(2)

[7] 黃梁，陳魯敏，王加興等. 企業(yè)私有云平臺建設(shè)研究[J]. 機電工程，2014(8)

[8] 過志宏，劉文杰，劉大勇等. 基于管控一體化的企業(yè)私有云平臺建設(shè)研究[J]. 電力信息化，2012(7)

[9] 許俊，田佩芳. 基于GIS的煤礦安全隱患排查治理綜合信息管理平臺設(shè)計及應(yīng)用研究[J]. 中國煤炭，2017(1)

(責(zé)任編輯 路 強)

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

曹文艷，王然風(fēng)，王開等. 基于云平臺技術(shù)的選煤廠綜合節(jié)能管理信息系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用 [J].中國煤炭，2017，43(6)：85-88.CaoWenyan,WangRanfeng,WangKai,etal.Designandapplicationofintegratedenergy-savingmanagementinformationsystemforcoalpreparationplantbasedoncloudplatformtechnology[J].ChinaCoal，2017，43(6)：85-88.

TD

A

曹文艷(1990-)，女，山西大同人，現(xiàn)就讀于太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，主要研究方向為煤礦綜合自動化通信與數(shù)據(jù)傳輸。