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牛強(qiáng) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院
華鋼 胡延軍 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院

摘　要: 主要介紹了MCGS組態(tài)軟件，并詳細(xì)給出了其在煤炭行業(yè)以及所屬企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)情況。

基于MCGS的煤礦分布式安全綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)集成
1．煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀
隨著煤炭行業(yè)信息化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，在我國(guó)大多數(shù)煤礦企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際過(guò)程當(dāng)中基本都采用了各種各樣的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，并在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中發(fā)揮了重要的作用。但由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的各種安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)多為封閉系統(tǒng)，互不兼容，其中使用的通信協(xié)議和信息交換標(biāo)準(zhǔn)都是由廠家自己制定的，嚴(yán)格保密，互不兼容，缺乏統(tǒng)一的通信及信息交換標(biāo)準(zhǔn)，如使用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)、串口RS-232/485通信以及其它的系統(tǒng)如電力監(jiān)測(cè)多使用ATM網(wǎng)，工業(yè)電視系統(tǒng)使用HFC方式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信模式多樣，極不規(guī)范。而且這些系統(tǒng)都分散在各個(gè)相關(guān)職能部門，形成了多個(gè)信息孤島，使各級(jí)安全、生產(chǎn)、指揮決策部門無(wú)法全面及時(shí)地掌握現(xiàn)場(chǎng)的安全和生產(chǎn)實(shí)際情況，造成決策指揮不靈，制約了這些系統(tǒng)綜合能力的發(fā)揮，嚴(yán)重影響了煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)管理水平的提高，阻礙煤炭企業(yè)信息化進(jìn)程，所以迫切需要把這些系統(tǒng)集成起來(lái)，建立起全局性集多種信息的綜合性、計(jì)算機(jī)的交互性、通信的分布性和監(jiān)控的實(shí)時(shí)性等技術(shù)于一體的煤礦分布式安全綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。


2．建立煤礦分布式安全綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的需求
在建設(shè)煤礦分布式安全綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)過(guò)程中最基本的關(guān)鍵問(wèn)題是建立一個(gè)分布式實(shí)時(shí)通信平臺(tái)，集成各個(gè)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的各種通信數(shù)據(jù)，并在局域網(wǎng)中傳輸，同時(shí)還要保證各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性。在設(shè)計(jì)綜合各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一分布式實(shí)時(shí)通信平臺(tái)時(shí)，必須考慮結(jié)合煤礦現(xiàn)行的各種狀況重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：
1） 應(yīng)是一個(gè)面向過(guò)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，能夠有效地集成各種監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和不同現(xiàn)場(chǎng)總線上的設(shè)備的數(shù)據(jù)，在整個(gè)系統(tǒng)中提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。其中保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可靠性是非常重要的兩點(diǎn)，只有保持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，分布式綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)才能從現(xiàn)場(chǎng)中采集各種信號(hào)，“不失時(shí)機(jī)”地獲得隨機(jī)地突發(fā)信號(hào)，及時(shí)響應(yīng)這些信號(hào)，這是整個(gè)系統(tǒng)性能地一個(gè)重要指標(biāo)。可靠性是指系統(tǒng)無(wú)故障運(yùn)行地能力和數(shù)據(jù)地完整性，同時(shí)也包括系統(tǒng)對(duì)自身文件和用戶文件地存取合法性地控制。
2） 提供良好的可維護(hù)性。其主要是指系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)工作時(shí)地方便快捷程度。綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的故障可能會(huì)影響安全生產(chǎn)過(guò)程的正常操作，有時(shí)會(huì)大面積地影響生產(chǎn)過(guò)程地進(jìn)行，因此，方便地維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在最短時(shí)間內(nèi)排除它的故障成為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要需求。
3）提供友好的人機(jī)交互。在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，人機(jī)交互的方式應(yīng)該比較豐富。特別是在復(fù)雜、大型、綜合、連續(xù)的安全生產(chǎn)過(guò)程中，操作人員要在短時(shí)間內(nèi)接受多個(gè)信息，進(jìn)行分析判斷，完成有關(guān)的操作，因此要求系統(tǒng)提供多種而不是單一的人機(jī)交互方式。并且由于多媒體技術(shù)和信息技術(shù)的進(jìn)步，視頻圖象方式和WWW網(wǎng)絡(luò)方式成為交互方式當(dāng)中的有效代表。
4）提供對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理和歷史數(shù)據(jù)管理功能，能夠與SQL Server等通用數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的整合。這樣不僅可以瀏覽實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)和在其上建立的專家信息系統(tǒng)的分析，為企業(yè)的決策提供保障。
5）提供靈活的接口，為用戶提供良好的二次開(kāi)發(fā)功能和與其他管理信息系統(tǒng)進(jìn)行信息融合提供橋梁。
3．建立煤礦分布式安全綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
建立完整的煤礦分布式安全綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，就是利用計(jì)算機(jī)高速度、大容量和智能化的特點(diǎn)，通過(guò)高速的網(wǎng)絡(luò)把一個(gè)個(gè)獨(dú)立的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)組織管理成為一個(gè)綜合、完整、高效的自動(dòng)化整體。所以在實(shí)踐過(guò)程中，利用高速的局域網(wǎng)，通過(guò)系統(tǒng)接入網(wǎng)關(guān)將各專用的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)與各礦計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接為一體實(shí)現(xiàn)兩網(wǎng)信息的溝通，系統(tǒng)接入網(wǎng)關(guān)由專用的嵌入式系統(tǒng)組成，不會(huì)因接入而影響測(cè)控系統(tǒng)的安全運(yùn)行。再利用工控組態(tài)軟件MCGS本身優(yōu)良的特性，提供強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理和WWW實(shí)時(shí)瀏覽功能，為煤礦建立安全生產(chǎn)監(jiān)控集成系統(tǒng)的過(guò)程中采用其作為分布式實(shí)時(shí)通信的平臺(tái)（如圖1），并在具體應(yīng)用過(guò)程中取得了非常良好的效果。

圖1 安全生產(chǎn)信息集成系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)
4．煤礦分布式安全綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的功能
通過(guò)MCGS信息集成平臺(tái)和高速網(wǎng)絡(luò)建立的煤礦分布式安全綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，針對(duì)煤礦系統(tǒng)的特點(diǎn)，集動(dòng)畫(huà)顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與歷史曲線和實(shí)時(shí)曲線顯示等諸多強(qiáng)大功能于一身，并能保存歷史數(shù)據(jù)為系統(tǒng)分析使用?？梢跃唧w完成如下功能：
1） 監(jiān)控生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)管理。煤礦企業(yè)生產(chǎn)中裝備多、井下地下分布復(fù)雜，基于MCGS的煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的建立為各級(jí)管理部門提供的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程信息，有效地幫助調(diào)度人員及時(shí)調(diào)整安全設(shè)備，保證生產(chǎn)地平穩(wěn)運(yùn)行（如圖2）。

圖2 煤礦井下測(cè)點(diǎn)平面分布圖
2）提供靈活的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線顯示功能。通過(guò)比較當(dāng)前地和歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)，特別是結(jié)合裝備安全運(yùn)行的多參數(shù)模型，可以及早報(bào)告故障隱患，并且通過(guò)對(duì)事故前后實(shí)時(shí)記錄的歷史數(shù)據(jù)分析，可以精確定位事故發(fā)生的原因，以避免事故的再次發(fā)生（如圖3）。

圖3 煤礦瓦斯變化實(shí)時(shí)曲線
3） 加強(qiáng)操作考核，提高收益與產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)記錄的裝備運(yùn)行狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量分析數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整操作參數(shù)，確保裝置操作的平穩(wěn)性，從而有效地提高產(chǎn)品的收益和質(zhì)量。
4） 應(yīng)用和集成平臺(tái)。通過(guò)對(duì)MCGS系統(tǒng)中生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的歷史積累，是從中發(fā)現(xiàn)過(guò)程運(yùn)行規(guī)律的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，而這些規(guī)律的集合則可構(gòu)成先進(jìn)控制和流程模擬的數(shù)學(xué)模型，為建立整體煤礦的安全調(diào)度綜合系統(tǒng)提供了依據(jù)，也為安全決策提供幫助。

小結(jié)
本系統(tǒng)根據(jù)先進(jìn)的理論思想,采用工控組態(tài)軟件ＭＣＧＳ,同時(shí)配以可靠的硬件集成系統(tǒng),很好地完成了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)工程，并在安徽淮北礦務(wù)局的具體使用過(guò)程中取得了良好的效果，加強(qiáng)了各礦和礦務(wù)局對(duì)瓦斯等安全信息的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效能和管理決策水平。



參考文獻(xiàn)
1.遼河油田200萬(wàn)輕烴計(jì)量系統(tǒng)研制報(bào)告.昆侖通態(tài)計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所,1999
2.MCGS工控組態(tài)軟件手冊(cè).昆侖通態(tài)計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所,1999
3.新一代工控組態(tài)軟件MCGS及應(yīng)用.劉俊 柳春圖 《新技術(shù)新工藝》2000年 第6期


作者簡(jiǎn)介：
牛強(qiáng) 講師 碩士 主要方向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信 分布式監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)
華剛 副教授 博士 主要方向分布式系統(tǒng) 專家系統(tǒng)分析
胡延軍 講師 碩士 主要方向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信 分布式監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)