煤矿IIOT大数据云服务关键技术研发与应用

2022-09-12

1. 前言

煤矿自动化、信息化的突飞发展，相当多的矿井亟需将以下系统配置在大数据系统中，首先为矿井通风系统、压风系统以及排水系统;其次为皮带系统、洗煤系统以及选煤厂储装运系统。上述系统通常会作为矿井主要生产、控制系统及其主要设备子系统多源整合接入到工业大数据系统中，以实现实时监测安全、工矿、预警预控等信息，并且将历史数据保存在工业实时数据库中，从而成为安全生产调度的强有力工具。

通过对主要生产系统进行研究，自动获取主要生产系统计量、运行状态、用/节电分析以及安全监测等数据，针对工业实时数据库进行处理，建立统一的数据仓库;通过深度学习加工，进而挖掘分析并最终实现大数据可视化呈现;在对生产系统研究时，应与节能型装备融合在一起，深入挖掘生产系统蕴含的节能环保潜力，既要为矿井打造安全节能生产环境，还要为机电设备的使用性能、技术发展等提供参考依据，保证矿井各级管理部门实施有效的节能生产措施，同时建立完善的节能管理制度，力求企业在降低生产成本过程中，促进矿井企业可持续发展。同时，也为矿井领导把握公司发展方向，制定决策，提供必要的技术数据信息。

2. 系统架构设计

煤矿工业物联网大数据云服务平台是对各种设备的实时、历史数据进行统计和分析的应用平台，主要包括：工业大数据采集服务、工业大数据传输服务和工业大数据统计分析服务等。

煤矿企业应用工业大数据采集服务平台，充分利用平台中配置的智能仪表、PLC等设备，及时收集生产时的信息数据，借助I/O Server接口服务软件将信息数据传输至对应的IAS基本点上，以IAS基本点为基础，构建InSQL工业数据管理系统。

工业大数据统计分析服务平台，是将InSQL工业实时数据为主要服务对象，该平台在运行过程中，对获取的InSQL数据进行有效的处理，并且为提高处理效率，按照WCF标准，将InSQL数据与对应的接口相连，生成InSQL SDK数据后，可作为数据接口服务以及客户端，在不同端口下满足数据不同的使用需求。

工业生产中产生的原始数据，通过工业大数据统计分析服务平台，将每个仪器生产状态下产生的数据，收集整理后进行统一的处理。

具体数据流程如图1所示。

3. 系统具体设计

(1)工业大数据采集服务

工业大数据采集服务能够满足整个生产矿井数据采集传输需求，可以将各矿工业自动化数据、安全监测数据和机房监控数据等数据通过服务架构形成公共数据服务接口，从而建立工业大数据云服务总线平台。

煤矿企业借助工业大数据采集服务平台，通过不同的服务接口进行信息传递，在交互过程中可随时将产生的数据，通过数据库InSQL获得相应的信息服务。此外矿井企业还应根据企业实际情况，运用自定义规则算法获得数据信息，以便更好的管理企业，保证企业正常的运行。

矿井企业使用工业大数据采集服务接口，对在日常经营中为用户提供实时的管理服务，使用户在实时的状态下了解数据的运行情况，以便按照数据的变化规律调整运行方案。

在对工业大数据采集服务接口分析时发现，接口以连接配置程序的方式，在正确的算法下，可以为用户提供准确的InSQL数据，以便用户获得良好的接口服务。

在工业专网中，配置工业实时数据库InSQL服务器，需要与分析系统数据库服务器进行区分，尤其是配置在不同的网络中，借助InSQL SDK技术以及WCF传输技术，才能使不同网络产生的数据进行相互传输，保证数据在不同端口下数据不会丢失。在对工业专网的传输性能进行检测时发现，相同条件下，专网一次性输出数据超过1万点，成为煤矿日常管理工作中，检测工作重要的服务载体。

服务接口整体连接如图2所示。

在InSQL数据接口提供的服务中，可以按照服务模块，为用户提供五大类型的服务，首先为InSQL服务端服务和InSQL中继服务，以及数据传输分析服务，其次是服务web控制台和InSQL服务接口。(1)InSQL服务端服务：作为WCF服务端重要的组成部分，InSQL服务端服务具备收集数据的功能。(2)InSQL中继服务：为增强WCF服务效果，数据通过InSQL中继服务后，会呈现灵活性特征，避免受到网络限制，影响到数据的传输。(3)数据传输分析服务：矿井企业在获取数据信息时，借助数据传输分析服务，会将收集到的信息存储在应用系统数据库中，以便企业随时调用，利于日常的经营和管理。(4)服务web控制平台：通过服务接口，在web控制平台内，将矿井企业产生的数据，依照远程管理原则，充分利用远程管理制度，对矿井企业控制服务器出现的问题实施管理措施，防止控制服务系统存在安全隐患。(5)通用的InSQL服务接口：InSQL服务接口应具备通用性能，矿井企业在收集In SQL数据时，才能通过跨平台的方式，与C#应用系统建立合作开发的关系，使Web服务接口得以与InSQL数据接口建立传输关系，便于企业传输和获取数据。

(2)工业大数据传输服务

工业大数据传输服务能够稳定实时的从数据采集服务获取数据并存到相应的分析数据库中。在工业大数据传输服务平台中，会在每半小时进行InSQL数据采集工作，并且利用服务数据模块，将用于生产和管理的数据作为统计任务，成为矿井企业需要完成的工作内容。

矿井企业利用工业大数据传输服务平台，针对企业运行中潜在的安全隐患，会根据出现的异常数据发出预警信息，使工作人员在最短的时间实施有效的措施解决出现的问题。

(3)工业大数据统计分析服务

工业大数据统计服务将数据传输服务获取的数据进行高效统计、挖掘分析。主要实现将数据传输服务定时传递过来的数据块进行统计分析汇总，主要包括任务调度服务和统计分析服务。

(1)任务调度服务。任务调度服务按照指定好的基本策略(包括任务类型、任务优先级等)执行统计任务。统计任务由数据传输服务、web应用系统服务等管理控制。

(2)统计分析服务。统计分析服务通过对煤矿生产系统业务进行统计分析梳理，规范数据统计方法，按照逻辑测点、智能仪表和生产系统3个层级进行统计分析。具体介绍如下：在为物探仪器或者配置的装置提供观测点位服务时，通常以逻辑测点为主;在智能仪表内，压力仪表、电工仪器等都是重要的组成部分，同时还需要配置一组逻辑观测点，保证智能仪表正常发挥数据检测功能;矿井企业构建的生产系统，应保证人员安全为前提，避免生产设备出现运行问题，威胁到人员安全的同时，影响到企业正常的生产;通常情况下，智能仪表具有的功能以及重要性，都要优于生产系统。在生成数据过程中，应以小时为单位，小时开始，按照天、月的方式逐渐扩大到年。

(4)应用情况

工业物联网大数据云服务平台为煤矿统一调度指挥管控提供数据保证，经过长时间运行和压力测试，服务平台内配置的硬件和软件，应符合为用户提供服务的标准，尤其是使用实时数据库提供的端口服务，应通过对数据的监测，及时了解企业的运行状态。

4. 结语

目前，我国煤矿亟需深入的将工业物联网、大数据和云计算服务技术用于生产、安全、管理、市场等各个领域，煤矿信息化正逐步向信息扩展、高度集成、综合应用、自动控制、预测预报、智能决策的方向发展，使生产系统得到优化，实现煤矿安全高效、清洁智能化发展。

工业物联网大数据云服务平台可以对矿井自动化系统的数据进行统一接入，并结合煤矿生产管理需求进行挖掘分析，对数据进行深度加工处理，形成更为完整、全面、专业的生产信息呈现，提高工业自动化的运行效率，实现高效的生产管理、指挥调度，提供精准、及时的决策支持。

摘要：随着煤矿自动化、信息化向智能化方向的发展以及工业新型可靠传输的建设，为各种高精密传感器、智能仪表等设备的接入提供了海量的工业实时数据。通过建立统一的工业物联网(IIOT)大数据云服务平台，进行工业数据采集、传输、统计、汇总与挖掘分析呈现，为煤矿安全生产、清洁智能发展提供精准数据依托，成为工业数据发展的重要任务，并最终实现连通各个工业数据信息孤岛，使数据整合在统一平台之下，更好的为信息化建设提供高可靠的数据保障。

关键词：服务接口,InSQL,WCF,数据传输