高危企业安全生产数据采集系统设计

王 浩

(山西省信息产业技术研究院有限公司,山西 太原030012)

0 引言

为全面贯彻党的十九大精神,积极响应并践行习近平总书记从国家发展战略全局出发所提出的安全发展理念,强化重点安全领域智能化监管,全力提升关键安全领域生产治理水平。积极落实国家应急管理部《应急管理部关于加快编制地方应急管理信息化发展规划的通知》(应急函〔272〕号)文件精神,提高应急管理信息化发展的能力和水平,加强应急管理信息化顶层设计和发展规划。该系统设计主要是为加强管理部门对高危企业的实时监管水平,强化企业自身对危险源的监管工作,落实生产经营单位主体责任。通过该系统的建设不仅可以将包括煤矿、非煤矿山、危险化学品、烟花爆竹等行业在内的各类高危企业的安全监测数据及时传递给政府监管部门;而且为企业突发事件在应急指挥过程中辅助决策提供依据。强化了安全生产风险分类分级管控,为重点监管、科学施策提供支撑,有效遏制重特大事故。

高危企业安全生产风险监测系统对于重大危险源的监管相较于传统方式具有很大先进之处。传统的监管方式多采用人工、或被动的视频监控,往往存在监管对象单一、片面、监管不及时以及监管效率低下等问题,同时对于危险的发生多局限于事后处理,很难做到危险预测。而本系统的建设可实现各类安全参数的全面监管,并可对监测数据进行定量分析,从而分析高危企业的实时安全状况,实现危险事件的即时监测和自动告警。

高危企业安全生产风险监测系统将完成政府及应急管理局对煤矿、非煤矿山、危险化学品、烟花爆竹等企业安全生产监管的工作需要,实现应急管理局建立企业安全生产风险监测预警体制机制,建立层次分明、责任清晰的技术体系,应急管理局实现属地企业危险源视频和各类参数报警信息集中的监控管理和预警,可实现危险源各类预警信息统计分析和管理,增强了应对企业突发事件的能力。

1 设计原则

1) 技术可行性:根据企业安全监管实际工作场景和系统功能需要,采用可行技术。

2) 技术先进性:在保证技术可行的前提下,仍需考虑所用技术、软件架构及硬件设备的先进性,以适应快速发展的主流技术趋势。

3) 操作易用型:系统界面设计遵循高效、简约原则,既保证各项操作的便捷流畅,又减少使用人员的繁琐和重复操作。

4) 系统可靠性:保证系统的可靠性和稳定性,提高系统对于人为和外部伤害的抗压能力,同时系统具备一定的容错及快速恢复能力,当系统出现问题后,能够及时恢复。

5) 系统安全性:系统需提供信息保护、信息隔离措施,具体包括使用安全机制、权限控制、身份认证等方式,对不同网络通信环境中的关键数据实现合理控制。

6) 系统可扩展性:系统建设考虑了必要的扩展需求,使其对于系统未来可能发生的业务修改和业务新增仍具有良好实用性。

7) 高集成性:系统采用模块设计,并在各模块之间配备了数据传输及消息传递机制,同时对于今后模块的增加十分友好,可通过简单的配置即可完成已有模块与新模块之间的双向联通。

8) 以数据为中心:采用核心数据库模型的设计思想,首先把核心数据库模型设计出来,在此基础上开发各种应用。核心数据库模型具有很好的不变性和稳定性,相对独立于具体的应用,当用户的需求发生变化时,使修改量减到最小。

2 采集设备

充分利用政务云资源,实现云端集约化、扁平化部署。物联网采集设备用于实时采集企业安全生产监测数据,并将采集设备接入现有系统,通过系统对采集到的数据的统一标准化处理,进而实现企业的安全生产监管。依据集约化、轻量级、持久化的设计理念,采集设备应具有如下功能及特点:

1) 物联网采集设备直接部署于企业生产环境,其作用相当于系统感知外部监测数据的节点,负责对企业生产参数进行收集。

2) 物联网采集设备采用数据网关,确保数据的单向传输,保证企业工控系统以及生产网的安全。

3) 物联网采集设备配备多种通信接口,如以太网口、RS232、RS485,满足不同企业、不同系统的通信要求。物联网采集设备支持多种标准通信协议,包括OPC、Modbus等协议。

4) 物联网采集设备的数据采集频率高效,其最快可达秒级,可基本满足多数场景的监测需要;采集数据的上报数据频率为分钟级,并可根据需要进行自定义调节。

5) 物联网采集设备可实现各项监测参数报警阈值的动态设置,包括高位和低位阈值,当达到报警触发条件时通过向系统发送信息实现自动报警。

6) 物联网采集设备通过实时采集到的数据结果做出报警响应,但只有当报警状态变化(报警产生、消除)时,向上发送相关报文。设备可根据实际场景需要实现报警空窗期的设置,使其满足特定时间段内不做报警的特定需求。

7) 物联网采集设备支持数据量程变换功能,统一采集数据量程,保证与企业生产系统数据一致。

8) 采集数据的上报功能可支持同时上传多个数据接收服务器。

9) 物联网采集设备可靠性强,当网络发生异常时,可将当前任务中的报文进行存储,待网络恢复正常后按照正确顺序对报文重新进行断点续传。

10) 物联网采集设备提供了安全可靠的数据传输机制,保证了企业关键数据信息的保密要求。

11) 物联网采集设备具备软件看门狗,保证系统稳定运行。

12) 物联网采集设备支持服务器授时同步,保证数据准确。

13) 物联网采集设备支持远程配置,配置项按照要求格式导出。

3 关键技术

高危企业在实际生产环境中有许多重点监管点位,如温度、气体、液压等。在重点监管点位安装相应的设备传感器来实时采集重点监管点位的实时数据,并及时上传至企业DCS系统或PLC系统中,在企业的DCS系统或PLC系统中以相应的工业互联网标准进行存储及其他监测。采集企业的DCS系统或PLC系统的数据,需借助数据网关完成相应的数据转换及初步清洗工作,之后才能方便上传至高危企业安全生产数据采集系统中。数据采集流程如图1所示。

图1 数据采集流程

Web Service是依据W3C的开放协议设计的,实现了软件平台及操作系统进行松耦合,很大程度上解决了原有集成技术在Internet远程通信方面的问题,这就使得不同平台与操作系统上的WebService可以完全互联互通。同时Web Service是一种动态的集成方案,所有的服务都可以依据UDDI的相关标准,动态地被发现、绑定及使用,更容易适应相关系统的变动,提高系统的灵活性和伸缩性。

Web Service的XML文档技术,其先进之处在于,在进行相关设计时无需考虑不同应用之间和不同模块之间复杂的业务需求,只需关注其消息及数据传递的需求;可根据场景特定需求对相关接口及其特性进行快速设置;针对不同应用平台选择相应的Web Service组件,进行相应设置;实现不同应用的接口,实现系统模块之间的消息和数据传递[1]。

基于Web Service的XML文档进行服务的相关描述,实现服务请求及结果的反馈,可以在Internet上通过HTTP协议进行高危企业数据的传递,同时可快速响应相关企业上传数据网关,实现高危企业安全生产数据的采集功能[2]。

高危企业安全生产数据借助Web Service技术实现采集,该采集系统可以以1:1企业的模式或者1:N企业模式进行相关部署,配套采用多个数据网关,按照约定数据格式完成对应企业及点位的数据实时采集,上传频率基本在5 s～12 s/条。

4 系统测试

在完成高危企业安全生产数据采集系统的设计与实现后,还需对高危企业安全生产数据采集系统进行功能和性能测试。结合高危企业数据标准、报警数据、数据上传频率实际情况,对系统的功能进行快速验证,及时发现并处理系统中存在的一些问题;性能测试主要是检测系统的相应能力、交互能力、稳定性测试等,相关的测试可进一步验证高危企业安全生产数据采集系统各方面的性能需求,为后续系统的优化提供依据。结合系统的测试结果,高危企业安全生产数据采集系统功能及性能基本可以满足日常生产监测需求,可在相关行业进行有序使用。

5 结语

利用Web Service技术实现了高危企业安全生产数据采集系统,在相关领域对系统的设计在实现后进行了验证,此模式不仅提升了系统的可拓展性及兼容性,提高环境适用能力,相比较Windows 窗体应用程序具有系统的稳定性。但随着相关政策及要求,需更新系统设计理念,如实现数据采集相关功能的组件化、服务化等,以便更好的满足工业级生产及相关部门的监测需求,在高危企业安全生产数据采集及监测领域取得新的突破。