一張綜覽圖聯(lián)動展示平臺的設(shè)計

梁 勇，蘇海南

（國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)公司生產(chǎn)指揮中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

準(zhǔn)能生產(chǎn)指揮中心作為公司日常安全生產(chǎn)調(diào)度和應(yīng)急指揮樞紐，需要縱向綜合監(jiān)控和統(tǒng)籌指揮2個大型露天煤礦的采礦、洗選加工、供電、供水、污水處理等業(yè)務(wù)及矸石發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)營，橫向協(xié)調(diào)調(diào)度鐵路和煤炭裝卸暢通等。當(dāng)前應(yīng)用的所有系統(tǒng)無法提供精確的圖文聯(lián)動資料，致使生產(chǎn)調(diào)度工作無法做出及時、精確的預(yù)判和迅速、果斷的決策。為高效生產(chǎn)指揮需求，設(shè)計創(chuàng)建1 套適應(yīng)于公司長期發(fā)展的全面監(jiān)測、智能分析、信息聯(lián)動、日常應(yīng)用和應(yīng)急指揮為一體化，一站式操作的綜覽圖聯(lián)動展示的指揮系統(tǒng)[1]，做到與數(shù)字礦山生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)cMES之間有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)、信息以及分析結(jié)果。

1 一張綜覽圖的意義和作用

1）一張綜覽圖的意義。綜合概括公司自然地理位置，業(yè)務(wù)總臺面，重要指標(biāo)狀態(tài)、數(shù)據(jù)變化以及生產(chǎn)指揮總體布局需要，設(shè)計1 個總盤式生產(chǎn)聯(lián)動一張綜覽圖，最終把所有復(fù)雜的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息融合體現(xiàn)在生產(chǎn)聯(lián)動一張綜覽圖上，做到實(shí)時聯(lián)動[2]，直觀地體現(xiàn)各單位的生產(chǎn)動態(tài)，以便于高效生產(chǎn)調(diào)度。根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度需要一張綜覽圖上的信息涵蓋2 個露天采礦及投入設(shè)備狀態(tài)及配套選煤廠洗選動態(tài)、原煤和商品煤倉儲狀態(tài)、裝車完成量，鐵路運(yùn)輸狀態(tài)、發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)及實(shí)時排放環(huán)保達(dá)標(biāo)狀態(tài)、港口各品種商品煤的存儲狀態(tài)、生產(chǎn)輔助供電、供水狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)可視化的綜合實(shí)時監(jiān)測全公司的生產(chǎn)運(yùn)營狀態(tài)。在生產(chǎn)調(diào)度過程中，調(diào)度工作人員時刻監(jiān)測綜覽圖上所呈現(xiàn)的各生產(chǎn)單位實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)動態(tài)信息，若發(fā)現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)異常，可直接一張圖上操作進(jìn)入相關(guān)單位的子系統(tǒng)，詳細(xì)地深入了解生產(chǎn)遇到問題，或可直接進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)看到現(xiàn)場實(shí)時畫面，實(shí)現(xiàn)主要系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和各子系統(tǒng)重要報警的視頻聯(lián)動，做到生產(chǎn)調(diào)度溝通暢通，迅速下達(dá)精準(zhǔn)指令和決策。

2）一張綜覽圖的作用。一張綜覽圖上設(shè)計可變色可變動的圖標(biāo)，根據(jù)動畫圖標(biāo)綠色-生產(chǎn)、黃色-停產(chǎn)、灰色-數(shù)據(jù)中斷等顏色變化做出相應(yīng)的維護(hù)措施，及時掌握生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，做出正確的煤炭運(yùn)營決策。一張綜覽圖中設(shè)計尤為突出點(diǎn)是以柱狀動畫、注記動畫的動畫圖標(biāo)形式展示原煤倉、緩沖倉、產(chǎn)品倉、矸石倉的每個倉的實(shí)時料位、實(shí)時儲量，做到各業(yè)務(wù)單位之間提供精準(zhǔn)的信息，生產(chǎn)聯(lián)動一張綜覽圖如圖1。

圖1 生產(chǎn)聯(lián)動一張綜覽圖

2 生產(chǎn)綜合監(jiān)控及調(diào)度指揮系統(tǒng)

在生產(chǎn)聯(lián)動一張綜覽圖的整體框架基礎(chǔ)上建立層級關(guān)系，整合各單位的所有操作系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析，做到數(shù)據(jù)、圖文聯(lián)動，設(shè)計了生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度指揮系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計遵循原則

1）遵循簡潔的基本規(guī)則，整合各類系統(tǒng)，建設(shè)平臺運(yùn)行機(jī)制通用性強(qiáng)，子系統(tǒng)接入之后易于融入平臺中，設(shè)計注記動畫的動畫圖標(biāo)，充分發(fā)揮1+1>2的作用[3]。

2）建立開放、兼容性強(qiáng)的綜合平臺，保護(hù)子系統(tǒng)的完整性。

3）突破各子系統(tǒng)界限，能夠，自然、透明、無縫的使用圖文、數(shù)據(jù)信息、應(yīng)急預(yù)案、廣播及通訊、視頻、人員、安全監(jiān)測、各類自動化監(jiān)控等，各類相關(guān)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。

4）實(shí)現(xiàn)“免維護(hù)、少維護(hù)、緩維護(hù)”目標(biāo)。其他行業(yè)成熟的生產(chǎn)系統(tǒng)在煤炭行業(yè)往往難以長期應(yīng)用，主要原因是煤炭行業(yè)擁有一個不斷變化且繁雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，致使操作系統(tǒng)維護(hù)過于復(fù)雜、負(fù)重，難以保證正常維護(hù)水準(zhǔn)及應(yīng)用順暢。因此，系統(tǒng)開發(fā)把維護(hù)簡單作為一個重要原則，去追求實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大化。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

1）綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成展示融合各子系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)時信息，同時為擴(kuò)展子系統(tǒng)預(yù)留接口。系統(tǒng)采用CAD 圖形展示，便于維護(hù)，起到總攬全局，打破子系統(tǒng)界限，無縫融合各類子系統(tǒng)功能，面向調(diào)度業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)全方位的系統(tǒng)聯(lián)動，消除各個子系統(tǒng)及其各異的系統(tǒng)邏輯。系統(tǒng)依據(jù)對象的業(yè)務(wù)關(guān)系和空間位置，設(shè)計把有關(guān)聯(lián)的設(shè)備、視頻、通信、人員及各類傳感器對象抽取，分類聚合，聯(lián)動展示。平臺支持一機(jī)多屏展示，多屏聯(lián)動，同步自動切換。系統(tǒng)設(shè)計管理和發(fā)布調(diào)度指揮相關(guān)礦圖、文檔、預(yù)案、通訊錄等信息，統(tǒng)一管理監(jiān)控底圖，未安裝Word、AutoCAD 等軟件可在線瀏覽圖文資料，實(shí)現(xiàn)圖文聯(lián)動。

2）系統(tǒng)將設(shè)計統(tǒng)一接入、發(fā)布工業(yè)視頻和安防視頻，可疊加監(jiān)控、人員信息，實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動。通過通訊軟交換融合各類通信設(shè)備，在應(yīng)急狀態(tài)下，采用短信、語音、撥打移動電話或辦公電話，實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)動，大幅提升調(diào)度工作效率。系統(tǒng)可設(shè)置測點(diǎn)報警信息和用戶配置報警信息，對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)數(shù)據(jù)符合超限、超量程、狀態(tài)異?；虬l(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷等報警條件，報警監(jiān)測系統(tǒng)立即產(chǎn)生報警信息，并通過數(shù)據(jù)推送模塊發(fā)送到上層業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)報警聯(lián)動。

3）除了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)推送到上層業(yè)務(wù)外，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存入實(shí)時數(shù)據(jù)庫，整合存儲，可對外提供實(shí)時數(shù)據(jù)和推送實(shí)時數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將各個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過OPC 接口、文件接口、硬件接口、第三方接口等不同的接口協(xié)議，接入到系統(tǒng)中并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。維護(hù)人員將通過數(shù)據(jù)采集與配置工具，實(shí)現(xiàn)采集、管理巷道空間數(shù)據(jù)，更新組態(tài)圖形，動畫配置等功能。

2.3 功能結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)正常運(yùn)作采用通用的功能體現(xiàn)模式，即服務(wù)器端經(jīng)過數(shù)據(jù)采集，邏輯運(yùn)算，邏輯分析形成數(shù)據(jù)庫；再由客服端呈現(xiàn)各子系統(tǒng)聯(lián)動的一張綜覽圖為生產(chǎn)調(diào)度提供作業(yè)平臺，形成推送數(shù)據(jù)分別接入至相關(guān)數(shù)據(jù)需求平臺。

1）服務(wù)器端。數(shù)據(jù)服務(wù)平臺包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)加工、邏輯處理單元、報警監(jiān)測、測點(diǎn)信息管理、實(shí)時數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)推送、接口管理等模塊，系統(tǒng)服務(wù)器段功能如圖2。首先將各生產(chǎn)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入，采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)服務(wù)。當(dāng)數(shù)據(jù)服務(wù)收到實(shí)時數(shù)據(jù)后進(jìn)行加工整理，然后提供給上層測點(diǎn)信息和實(shí)時數(shù)據(jù)管理模塊、報警監(jiān)測模塊監(jiān)測實(shí)時數(shù)據(jù)狀態(tài)，若數(shù)據(jù)狀態(tài)有異常及時反饋或報警，數(shù)據(jù)正常將由邏輯處理單元進(jìn)行綜合分析。根據(jù)上層業(yè)務(wù)請求對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，通過各種業(yè)務(wù)層接口推送至上層應(yīng)用。為高效應(yīng)用數(shù)據(jù)，將實(shí)時數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，對后續(xù)業(yè)務(wù)請求將數(shù)據(jù)直接推送。運(yùn)行監(jiān)測部分對系統(tǒng)當(dāng)前各種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)監(jiān)測、采集器狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)庫管理監(jiān)測、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測等。

圖2 系統(tǒng)服務(wù)器段功能

2）客戶端。客服端按照技術(shù)架構(gòu)要求，所有技術(shù)要求呈現(xiàn)所有客戶?；贑AD 圖形將各種實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)、表格、圖形、組態(tài)動畫等多種方式的數(shù)據(jù)融合展示。綜合監(jiān)控將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)測管控數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)聯(lián)動、報警提示、數(shù)據(jù)獲取，形成高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫，呈現(xiàn)給用戶或推送給相關(guān)用戶。

3 系統(tǒng)部署

一張綜覽圖聯(lián)動展示要求以及各種數(shù)據(jù)分析、邏輯運(yùn)算、推送的需求，為了技術(shù)架構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，進(jìn)行了系統(tǒng)部署。

3.1 數(shù)據(jù)采集

1）數(shù)據(jù)采集器與各個類型系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，包括OPC 接口、文件接口、硬件接口、第三方接口等，可以根據(jù)需要靈活配置多個采集器等。所有采集器均可靈活配置，選擇集中部署或者分布式部署。當(dāng)采用集中部署時，采集器和數(shù)據(jù)服務(wù)之間直接通過消息管道進(jìn)行通信，保證數(shù)據(jù)的高效傳輸。當(dāng)采集器分布式部署時，系統(tǒng)支持采集器聯(lián)動，形成多級實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器[4]。

2）采集器與數(shù)據(jù)存儲之間通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致通信中斷時，采集器自動緩存數(shù)據(jù)，避免實(shí)時數(shù)據(jù)丟失；網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時再將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)，保證數(shù)據(jù)的完整[5]。數(shù)據(jù)服務(wù)模塊將從采集器獲取到的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行加工整理，驗(yàn)證數(shù)據(jù)一致性、分析數(shù)據(jù)可靠性、剔除數(shù)據(jù)錯誤等措施保證數(shù)據(jù)的正確性和完整性，提供給上層應(yīng)用。當(dāng)系統(tǒng)超過固定時間內(nèi)未收到采集器發(fā)送的數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)向采集器發(fā)送數(shù)據(jù)請求獲取數(shù)據(jù)。

3.2 測點(diǎn)管理

測點(diǎn)信息是數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。準(zhǔn)確的測點(diǎn)信息保證上層業(yè)務(wù)的正確運(yùn)行。測點(diǎn)信息管理主要用來維護(hù)測點(diǎn)信息。當(dāng)下層生產(chǎn)子系統(tǒng)的測點(diǎn)發(fā)生變化時，能夠根據(jù)已有信息對測點(diǎn)變化做出增加、修改、刪除測點(diǎn)的響應(yīng)。當(dāng)收到下層的異常信息時，能夠自動識別，防止測點(diǎn)誤刪除等，導(dǎo)致測點(diǎn)丟失等。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的核心。實(shí)時數(shù)據(jù)的采集頻度高，采集點(diǎn)多。實(shí)時數(shù)據(jù)管理主要負(fù)責(zé)以合理的結(jié)構(gòu)維護(hù)這些實(shí)時數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)完整性和實(shí)時高效更新，并能夠定期清理過期數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)等[6]。

3.3 邏輯測點(diǎn)和報警監(jiān)測及數(shù)據(jù)存儲

1）邏輯測點(diǎn)。邏輯測點(diǎn)是對系統(tǒng)原有測點(diǎn)和業(yè)務(wù)邏輯的完善補(bǔ)充。邏輯測點(diǎn)模塊根據(jù)測點(diǎn)間的邏輯關(guān)系，輸出符合前端需求的邏輯測點(diǎn)。當(dāng)一個區(qū)域，人員、環(huán)境參數(shù)、生產(chǎn)狀態(tài)等各類安全因素發(fā)生變化時，系統(tǒng)能夠根據(jù)各類因素間的邏輯關(guān)系，智能分析和提示。

2）報警監(jiān)測。報警監(jiān)測主要負(fù)責(zé)根據(jù)測點(diǎn)信息以及用戶配置的報警信息等，對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。

3）數(shù)據(jù)存儲。系統(tǒng)將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)推送給上層業(yè)務(wù)，為了提高系統(tǒng)的效率，將實(shí)時數(shù)據(jù)存入實(shí)時數(shù)據(jù)庫[7]，推送和對外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口。針對數(shù)據(jù)存儲部分，系統(tǒng)后臺會定期數(shù)據(jù)備份、定時清理、一致性校驗(yàn)、數(shù)據(jù)遷移等操作，確保數(shù)據(jù)安全可靠。

3.4 數(shù)據(jù)推送

客戶端訂閱測點(diǎn)信息和實(shí)時數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)訂閱支持對所有測點(diǎn)進(jìn)行任意分組，滿足各種類型的業(yè)務(wù)需要。業(yè)務(wù)訂閱信息后，會立即收到所請求數(shù)據(jù)的最新信息。測點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)推送模塊將實(shí)時數(shù)據(jù)同步推送到客戶端。由此，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性、減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

上層業(yè)務(wù)的形式多種多樣，為滿足各種業(yè)務(wù)，接口管理模塊維護(hù)多種不同的接口協(xié)議，包括RakNet、WebSocket 等，可以定制開發(fā)。RakNet 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口可以提供安全高效的網(wǎng)絡(luò)傳輸；WebSocket網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口可以實(shí)現(xiàn)與頁面之間的高效可靠實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸；系統(tǒng)同時具備OPCServer、OPC 客戶端的連接[8]。

3.5 運(yùn)行監(jiān)測

實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)平臺需要接入大量的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)故障、網(wǎng)絡(luò)中斷、采集器異常等都可能造成數(shù)據(jù)異常。因此，有必要對系統(tǒng)的運(yùn)行狀況實(shí)時監(jiān)測。

1）網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測。主要負(fù)責(zé)實(shí)時監(jiān)測與采集器之間的網(wǎng)絡(luò)連接，若監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)異常會及時通過報警等措施提示用戶檢查網(wǎng)絡(luò)。

2）采集器監(jiān)測。數(shù)據(jù)服務(wù)平臺接入大量的采集器，通過采集器監(jiān)測模塊定時與采集器交互獲得采集器的運(yùn)行狀態(tài)，從而在發(fā)生問題時及時定位解決。

3）數(shù)據(jù)庫管理監(jiān)測。數(shù)據(jù)庫具有大量的實(shí)時數(shù)據(jù)，通過定時作業(yè)執(zhí)行腳本來完成自維護(hù)功能，對此進(jìn)行監(jiān)測，便于保證數(shù)據(jù)庫健康運(yùn)行。

4）系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測。負(fù)責(zé)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，判斷接收處理數(shù)據(jù)的當(dāng)前值、峰值、CPU 占用、內(nèi)存占用等情況，避免系統(tǒng)過載而導(dǎo)致異常。

4 結(jié)語

1）實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)板塊、多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)涵蓋了采礦、選煤、裝車、倉儲、發(fā)電、供電、供水、鐵路運(yùn)輸、港口存儲等多個環(huán)節(jié)，多類系統(tǒng)的實(shí)時綜合監(jiān)控。直觀、實(shí)時的監(jiān)視公司生產(chǎn)安全和運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效管控。

2）建立由全局總攬到局部細(xì)節(jié)的多級一張綜覽圖綜合監(jiān)測模式。監(jiān)控信息按照綜合業(yè)務(wù)對信息和數(shù)據(jù)分類組織、抽取、呈現(xiàn)、操作。

3）在圖形可視化綜合監(jiān)測的基礎(chǔ)上，接入視頻，通訊和相關(guān)圖文，實(shí)現(xiàn)信息聯(lián)動展示和一站式操作；通過對象空間關(guān)系和業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系抽取關(guān)聯(lián)的各類信息到統(tǒng)一的用戶界面進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)聯(lián)動的一站式操作。

4）根據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)在聯(lián)系，對實(shí)時檢測信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行在線智能分析和監(jiān)測，加工、分析，協(xié)助用戶發(fā)現(xiàn)和處理問題。

5）系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和維護(hù)方便等優(yōu)勢條件，為礦山采礦業(yè)數(shù)字化、智能化提供了最好的平臺支持，將推進(jìn)智能化進(jìn)程。