关于煤矿监测监控系统中数据集成的研究

胡孝保

【摘 要】煤矿监测监控系统在煤矿的安全生产中起着举足轻重的作用，本文就煤矿监控数据集成中数据集成协议、数据集成方式、数据压缩和数据弥补等问题进行探讨并提出相应的解决思路。

【关键词】煤矿；监测监控；数据集成

0.前言

在煤矿安全生产中，装备矿井安全生产监测监控系统、可视等多功能的网络管理系统，是提高矿井现代化管理水平，达到安全高效目标而不可或缺的举措。煤矿监控系统作为矿井信息管理系统的一部分，主要用来监测井下的各类环境参数和工况参数，及时提供安全生产环节中的信息，通过对信息的分析做出安全生产决策，极大的提高了矿井的防灾抗灾能力。但监测监控中采集的大量的监测数据都沉睡在各个生产系统的主机中，未能发挥数据的应有作用，而即使有系统对其数据作了一定的分析和利用，但也只局限于其系统内部，无法针对全矿的各种数据进行综合分析和利用。因此，建立开放且一致的数据共享平台显得尤为重要，而监控数据的集成则是该平台的基础和必要条件。煤矿监控数据集成是将煤矿现有在用的各个监控系统的数据通过一定的技术途径集成到一个共享平台（即煤矿监控数据中心）中，将原本分散于各子系统的数据按照标准的数据集成协议经转换、采集、处理、存储等多个环节，最后统一集中存储于公共的基础数据库，从而将一个个数据孤岛整合成一个煤矿监控数据中心。本文将就煤矿监控数据集成中数据集成协议、数据集成方式、数据压缩和数据弥补等问题进行探讨并提出相应的解决思路。

1.数据集成协议

由于各监控子系统由不同的厂家设计、研发，采用的技术和数据格式不尽相同。显然，针对不同的系统、不同的厂家开发和设计相应的数据采集程序的方案较为复杂，工作量太大，因此，必须提出数据采集的标准协议，通过让各监控子系统按标准协议提供数据，数据采集程序才能按照统一的格式采集各系统数据。

协议的制定需要考虑以下几个方面的问题：

1.1 协议的适用性

协议内容应覆盖不同系统各种类型的业务数据，确保各系统的所有数据都能集成进来，比如按模拟量、状态量等分类定义数据描述信息等。目前，市场上采用的协议主要来源于原来安全监测系统的联网协议，由于当初协议的制定只限于安全监测系统，存在一定的缺陷和遗漏。比如上面提到的适用性问题，原来安全监测系统中开关量只有开停2种状态，而现在多需要支持故障状态，变成了3种状态，这样，原有的协议就无法满足要求。事实上，通过对煤矿大多数系统的研究和分析，3种状态也不能满足要求，为了使协议适应更广泛的系统，协议中将开关量修改为状态量，可以支持多种状态的描述。

1.2 断点续传特性

由于集成的数据来自不同的应用主机，受应用主机稳定性、网络连接可靠性等因素的影响，数据采集可能存在中断现象。为保证数据的连续、可靠和准确，协议应支持断点续传特性，确保在应用主机或网络连接恢复后，中断期间的数据仍然能够传输至煤矿监控数据中心。

目前，多数协议未考虑到断点续传问题，一旦发生网络故障、采集程序故障等问题，就会丢失数据，影响数据的完整性。

1.3 协议的一致性

虽然监控子系统多样，但采用的数据接入协议应一致，这既简化了子系统厂家按协议提供数据，又便于煤矿监控数据中心的数据接入。

2.数据的集成方式

对不同的监控子系统所提供的数据集成方式也有所不同，目前常用的数据接入方式主要为OPC方式和文本文件方式。

2.1 OPC方式

OPC协议是开放的工业标准协议，用于不同系统间的数据交换，WinCC、Intouch、IFix等主流工控厂商的组态软件都提供了标准的OPC数据访问接口。OPC是基于微软DCOM技术构建，数据传输效率较高，响应速度快，但由于DCOM的缺陷，针对OPCServer端的安全配置较为繁琐，跨防火墙访问也存在问题。为解决这些问题，也可以采用一些第三方产品，比如MatrikonOPC Tunneller、OPCDataHub等，可以实现跨防火墙访问、DCOM零配置等，如图1所示。

图1 Matr ikonOPC T unneller 产品示意图

2.2 文本文件方式

各监控子系统根据约定的数据集成标准协议，生成相应的文本文件，集成方读取和解析文本文件，将数据采集到煤矿监控数据中心。

文本文件方式的优点在于协议容易理解，各监控子系统厂家容易编写出相应的数据转换程序，生成的文本文件可以直接阅读，便于问题的排除和区分。而其缺点主要是由于通过磁盘文件来交换数据，数据的传输效率较差。

3.数据的压缩

随着煤矿生产监测系统的不断完善和增多，产生的监测数据也越来越庞大，如果没有高效的数据压缩技术，建立煤矿监控数据中心将比较困难。由于生产过程实时数据都是秒级甚至毫秒级数据，如果采用传统的直接采集存储方案，将会占用大量的存储空间，大大增加存储成本并极大地影响系统处理效率。生产过程的原始测量数据中包含大量的冗余和不相关信息，在保留过程特征信号的基础上剔除冗余和不相关信息，就可以实现数据压缩。数据压缩的本质是数据变换，它是在压缩比和信号保真度或逼近误差之间寻求一种折衷的方法。过程数据压缩方法基本分为3种，即分段线性方法、矢量量化方法及信号变换法。而分段线性方法又包括矩形波串法、向后斜率法、SDT（Swing Door Trending，旋转门）法及PLOT法。

由于过程数据大多是缓慢变化的数据，采用分段线性化的方法可以很好地表示历史数据的变化趋势，在工业过程中应用最多的是SDT方法，它的突出优点就是算法简单、执行速度快。国外知名的实时数据库PI以及部分组态软件厂家iFix等都基于该算法来进行数据的压缩处理。

4.数据的弥补

在数据集成的过程中，可能存在各种原因引起数据丢失情况，比如现场传感器故障、监控子系统主机故障等，为了给数据分析提供完整的数据，需要考虑数据的弥补机制。

弥补的途径和方法如下：

（1）通过前后关联传感器的数据以及数据之间的关联模型，推算出相应的缺失值。比如工作面瓦斯，可以根据上隅角或回风流瓦斯之间的关联模型来进行推算，而该数学模型可以通过正常情况下一段时间内的历史数据，分析和建立两者之间的数学关系，为数据的弥补提供依据。

（2）通过传感器过去的值以及相关设备的运行状态，推算出相应的缺失值。根据缺失数据时间段的设备运行状态以及其它相关参数，在该数据历史数据中寻找类似的现场状况下的数据。比如工作面瓦斯浓度，其影响因素主要有采煤机的开停、风速等，那么类似环境下的历史数据则可以弥补缺失的瓦斯浓度数据。

5.结语

煤矿井下是一个特殊的工作环境，有易燃、易爆可燃性气体和煤尘。监控系统作为预防和防止煤矿爆炸等灾难性事故起到了不可替代的作用，井下作业人员生命有了更高的安全保障，减少了国家财产和设备的损失。

【参考文献】

[1]魏洪新.OPC技术在工业控制领域的应用研究[J].河北煤炭，2009（1）：22-23，56.

[2]孙继平.煤矿安全生产监控系统联网[J].工矿自动化，2009（10）：4-7.