基于KingView的尾礦庫監(jiān)測系統(tǒng)的整合

王曉強(qiáng)

（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理工程系，山西太原 030009）

基于KingView的尾礦庫監(jiān)測系統(tǒng)的整合

王曉強(qiáng)

（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理工程系，山西太原 030009）

以KingView7.5組態(tài)軟件為平臺，對山西省尾礦庫安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)尾礦庫的信息化管理和數(shù)據(jù)化分析，準(zhǔn)確辨識危險和有害因素，及時消除各種事故隱患。該平臺可以被拓展為尾礦庫大數(shù)據(jù)平臺，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，成為山西省尾礦庫云處理中心，可以更精準(zhǔn)地辨識和預(yù)知各種隱患，并為企業(yè)提供管理要點(diǎn)。

尾礦庫安全 KingView軟件 系統(tǒng)整合 數(shù)據(jù)管理

尾礦庫是金屬與非金屬礦山的主要設(shè)施，用于存放礦石分選后排出的尾砂或者廢渣等脈石礦物。尾礦庫的工程特點(diǎn)決定了它是一個具有高勢能的重大泥石流危險源，自然條件的復(fù)雜性和特殊性進(jìn)一步加劇了其危險程度，同時它還時刻遭受著自身及其周圍環(huán)境的不穩(wěn)定因素的威脅，因此尾礦庫的安全管理是難點(diǎn)，也是礦山企業(yè)監(jiān)控的重中之重。

目前，我國尾礦庫共有12 273座，其中正常庫11 050座，危庫54座，險庫100座，閉庫1 069座；山西省尾礦庫共有1 822座，其中正常庫258座，病庫9座，未認(rèn)定庫148座，閉庫1 407座[1]?！段驳V庫安全技術(shù)規(guī)程》中以全庫容和壩高為參考指標(biāo)將尾礦庫劃分為五個等級，當(dāng)前我省在用庫415座，其中二等庫3座，三等庫47座，四等庫99座，五等庫266座。尾礦庫安全監(jiān)管形勢嚴(yán)峻，事故教訓(xùn)歷歷在目。2008年9月，山西襄汾縣新塔礦業(yè)公司尾礦庫突然潰壩，混雜著礦渣的約20萬m3的泥水從100多米的半山腰狂瀉而下，頃刻間吞沒了1.5公里長、數(shù)百米寬的地帶，造成277人死亡、4人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9 619萬元[2]。

尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)是尾礦庫安全監(jiān)管的核心，山西省《關(guān)于安裝使用尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)有關(guān)事項(xiàng)的通知》（晉安監(jiān)管一字〔2011〕33號）要求全庫容≥100萬m3或者壩高≥100 m的尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)必須包含壩體位移、浸潤線、干灘、庫水位、降雨量及視頻（包括干灘長度、庫區(qū)周邊情況）共六項(xiàng)監(jiān)測，可選監(jiān)測孔隙水壓力、滲透水量、混濁度，同時在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)配備相應(yīng)的防雷設(shè)施，并具有聯(lián)網(wǎng)功能。雖然山西省尾礦庫基本上線了自動化監(jiān)測系統(tǒng)，但系統(tǒng)局限于企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)，且信息化和數(shù)據(jù)化能力不足，因此本文介紹以KingView7.5組態(tài)軟件為平臺的尾礦庫監(jiān)測系統(tǒng)。

1 KingView軟件簡介

“組態(tài)王”作為國產(chǎn)自動化軟件，長期在市場上保持著較高占有率，組態(tài)王系列軟件功能豐富，簡單易用，性能穩(wěn)定，擴(kuò)展性好。本系統(tǒng)采用最新版軟件KingView7.5，該版本除繼承了之前版本的諸多優(yōu)點(diǎn)外，增加了產(chǎn)品的開放性，提高了互聯(lián)互通能力，信息和數(shù)據(jù)處理能力更加突出，能很好地滿足該系統(tǒng)的需求。KingView7.5具有以下優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)化了模板功能和模塊化組態(tài)單元，大大提高了工程組態(tài)效率和復(fù)用性，利于快速搭建各礦山尾礦庫自動化監(jiān)測系統(tǒng)；提高了API接口的開放性，系統(tǒng)開發(fā)集成更靈活，利于更好地接入管理系統(tǒng)；新增組態(tài)王移動客戶端，方便隨時隨地查看監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)；支持AutoCAD設(shè)計(jì)圖形導(dǎo)入到組態(tài)王畫面，降低組態(tài)工作量。

2 尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)

山西省在用尾礦庫均上線了在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)浸潤線監(jiān)測、壩體變形監(jiān)測、干灘監(jiān)測、庫水位監(jiān)測、全天候視頻監(jiān)控、雨量監(jiān)測，但普遍存在各個監(jiān)測環(huán)節(jié)相對獨(dú)立、沒有形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺、無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效共享和綜合分析等問題，降低了風(fēng)險的預(yù)知能力[3]。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文以KingView7.5組態(tài)軟件為平臺，搭建了完善的尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)，具有很好的通用性和很高的整合度，既可對已存在的尾礦庫監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行增量改造，又可快速整合相對獨(dú)立的監(jiān)測單元，建立全新的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由設(shè)備層、控制層和監(jiān)控層構(gòu)成。其中：設(shè)備層包括底層監(jiān)測設(shè)備（如浸潤線監(jiān)測設(shè)備、壩體位移監(jiān)測設(shè)備、水位監(jiān)測設(shè)備、全天候視頻監(jiān)控設(shè)備等）、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如水泵、閥門、開關(guān)等）和各種傳感器；控制層實(shí)現(xiàn)智能控制器對底層設(shè)備的控制和實(shí)時數(shù)據(jù)采集，包括可編程控制系統(tǒng)（PLC系統(tǒng)）、各類通訊轉(zhuǎn)換模塊和智能控制模塊；監(jiān)控層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、處理和展示，包括多臺分布式數(shù)據(jù)服務(wù)器、屏顯控制系統(tǒng)、監(jiān)控軟件和數(shù)據(jù)處理軟件。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)傳輸和接口設(shè)計(jì)

尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有實(shí)時模擬量數(shù)據(jù)（如流量、水位等）、實(shí)時開關(guān)量數(shù)據(jù)（如泵的啟停、閥的開閉、繼電器觸點(diǎn)等）、實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)（如壩體位移、浸潤線埋深等）、傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。

因尾礦庫工程特點(diǎn)和監(jiān)測特性，設(shè)備層中的各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器和監(jiān)測設(shè)備分布離散，距離較遠(yuǎn)，為保證實(shí)時數(shù)據(jù)的穩(wěn)定高效傳輸，PLC系統(tǒng)與設(shè)備層中的各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器通過RS485現(xiàn)場總線連接。RS485總線連接可多達(dá)128個收發(fā)器，最大傳輸距離達(dá)3 km，傳輸速率為9.6 kbps～12 Mbps，且通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)，是一種高速低成本總線通訊方式，可以滿足控制層與設(shè)備層之間的數(shù)據(jù)交換需求。

監(jiān)控層位于整個控制系統(tǒng)的頂層，向上需要與省級的信息網(wǎng)絡(luò)融合，向下連接了自動化系統(tǒng)的控制層網(wǎng)絡(luò)，通過高速的報文傳送和數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)對底層的監(jiān)控、管理等功能。以太網(wǎng)自問世以來，以其傳輸速度高、低耗能、安裝簡單、兼容性好、軟硬件產(chǎn)品豐富和技術(shù)成熟的特點(diǎn)被廣泛地運(yùn)用在企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)中，并且隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)，解決了以太網(wǎng)被直接運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時性不高、可靠性差、網(wǎng)絡(luò)不安全等問題。因此，在監(jiān)控層采用已經(jīng)被廣泛運(yùn)用并有成熟經(jīng)驗(yàn)的工業(yè)以太網(wǎng)總線。

2.3 數(shù)據(jù)存儲設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)共設(shè)有KingIOSever實(shí)時服務(wù)器、KingHistorian歷史服務(wù)器、WEB服務(wù)器、和視頻服務(wù)器。其中：實(shí)時服務(wù)器負(fù)責(zé)現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)的采集和存儲，并向其他網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)提供數(shù)據(jù)；KingHistorian歷史服務(wù)器負(fù)責(zé)所有報警信息、人員信息等關(guān)系型數(shù)據(jù)的記錄，同時也是整個系統(tǒng)的登陸服務(wù)器，每個進(jìn)入系統(tǒng)的操作者都需要通過登陸服務(wù)器認(rèn)證；WEB服務(wù)器負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)用戶（網(wǎng)頁用戶和APP用戶），同時具有訪問其他服務(wù)器的權(quán)限，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的請求，鏈接至相應(yīng)的服務(wù)器數(shù)據(jù)；視頻服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲尾礦壩全天侯監(jiān)控視頻，并對視頻進(jìn)行壓縮處理，減小存儲量。各服務(wù)器分工合作，獨(dú)立承擔(dān)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理工作，并設(shè)置有UPS不間斷電源和冗余服務(wù)器，保證了數(shù)據(jù)系統(tǒng)高效和穩(wěn)定地運(yùn)行。

3 省級數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)

3.1 省級數(shù)據(jù)平臺結(jié)構(gòu)

省級安監(jiān)數(shù)據(jù)平臺擁有最高權(quán)限，可以通過各市縣尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)留的固定IP地址接入其數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并提取各市縣尾礦庫主要數(shù)據(jù)存儲至省級數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)中心，重要數(shù)據(jù)通過分析處理后接入分布式圖像顯示控制系統(tǒng)，在大屏上以直觀的形式展現(xiàn)出來，工作人員可以隨時通過大屏監(jiān)控各市縣尾礦壩的運(yùn)行狀態(tài)，以提升對尾礦庫的安全管理能力。省級安監(jiān)數(shù)據(jù)平臺結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 省級數(shù)據(jù)平臺結(jié)構(gòu)

3.2 云計(jì)算中心

云計(jì)算中心直接連接數(shù)據(jù)中心，對尾礦壩重要監(jiān)測參數(shù)（如浸潤線埋深、水位變化、壩體位移等）進(jìn)行存儲和分析。隨著監(jiān)控時間的推移，數(shù)據(jù)信息將變得龐大，成為研究尾礦壩安全的重要資料?？蒲兴蛘吒咝？梢怨蚕磉@些數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)學(xué)建模、算法擬合等手段進(jìn)一步研究影響尾礦壩安全的各參數(shù)之間的關(guān)系，也有助于深入了解潰壩機(jī)理。隨著研究的進(jìn)展、大數(shù)據(jù)的積累和對云計(jì)算的分析，未來可以更加精準(zhǔn)地預(yù)知尾礦庫的潛在風(fēng)險，從而指導(dǎo)各市縣尾礦庫管理中心對相關(guān)方面進(jìn)行檢查和整改，預(yù)防事故的發(fā)生。

3.3 尾礦庫編碼

為了實(shí)現(xiàn)各市縣尾礦庫信息的統(tǒng)一存儲和管理，需要對尾礦庫進(jìn)行統(tǒng)一編碼，且每個編碼對應(yīng)固定的網(wǎng)絡(luò)IP地址（用于接入各尾礦庫的數(shù)據(jù)服務(wù)器），本系統(tǒng)中約定編碼由8位數(shù)字組成，結(jié)構(gòu)及意義如圖3[4]所示。

圖3 尾礦庫編碼規(guī)則

4 結(jié)語

以KingView7.5為平臺的尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)可以充分整合各市縣尾礦庫現(xiàn)有的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，經(jīng)過升級改造后將進(jìn)一步提升尾礦庫的安全管理。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對尾礦庫的數(shù)字化管理，且系統(tǒng)擴(kuò)展性好，升級簡單，可以適應(yīng)未來的發(fā)展。

省級安監(jiān)數(shù)據(jù)平臺可以無縫接入各市縣尾礦庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，也使省級的尾礦庫安監(jiān)工作變得高效和簡單。云計(jì)算中心的建立幫助更好地研究影響尾礦庫安全運(yùn)行的各參數(shù)間的關(guān)系和尾礦庫潰壩機(jī)理?？深A(yù)見，未來云計(jì)算中心在指導(dǎo)尾礦庫的安全管理方面將發(fā)揮重要作用。

[1]侯玉興.我國尾礦庫現(xiàn)狀及問題分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013（10）：1-4.

[2]李軍.省級政府安全生產(chǎn)監(jiān)督管理研究——基于政府間關(guān)系視角[D].太原：山西大學(xué)，2011.

[3]楊忠林.尾礦庫數(shù)字化在線監(jiān)測系統(tǒng)在尖山鐵礦的應(yīng)用[J].金屬礦山，2010（1）：125-127.

[4]呂金輝，郭忠林.基于B/S模式下分布式尾礦庫安全在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].有色金屬，2010，62（5）：56-59.

（編輯：胡玉香）

Integration of Safety Monitoring System of Tailings Dam based on KingView Software

WANG Xiaoqiang
（Department of Management Engineering,Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan Shanxi 030009）

Taking KingView7.5 software as a platform,the integration of safety monitoring system of Shanxi tailings dam realizes the information management,data analysis,accurate identification of dangerous and harmful factors of tailings dam,and eliminates all kinds of accidents.The platform can be extended to big data platform for tailings dam. With cloud computing technology,it can become cloud processing center for Shanxi tailings dam,which can accurately identify and predict various risks,and provide management points for enterprises.

safety of tailings dam,KingView software,system integration,data management

TP274

A

1672-1152（2016）06-0101-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.36

更正啟事

2016-11-21

王曉強(qiáng)（1989—），男，工學(xué)碩士，從事礦物加工理論、過程控制和數(shù)據(jù)分析研究。

本刊2016年第4期第84頁第1.3.2節(jié)“玩轉(zhuǎn)礦質(zhì)量指標(biāo)見下頁表4?！敝小巴孓D(zhuǎn)”應(yīng)為“球團(tuán)”。正確的表述應(yīng)為“球團(tuán)礦質(zhì)量指標(biāo)見下頁表4?！?/p>

本刊2016年第5期第30頁作者簡介中“男”應(yīng)為“女”。正確的作者簡介應(yīng)為：張晉瓊（1982—），女，畢業(yè)于太原理工大學(xué)大同學(xué)院，從事實(shí)驗(yàn)室液壓方面的技術(shù)工作。