一张综览图联动展示平台的设计

梁 勇，苏海南

（国家能源集团准能集团公司生产指挥中心，内蒙古鄂尔多斯 010300）

准能生产指挥中心作为公司日常安全生产调度和应急指挥枢纽，需要纵向综合监控和统筹指挥2个大型露天煤矿的采矿、洗选加工、供电、供水、污水处理等业务及矸石发电厂的稳定运营，横向协调调度铁路和煤炭装卸畅通等。当前应用的所有系统无法提供精确的图文联动资料，致使生产调度工作无法做出及时、精确的预判和迅速、果断的决策。为高效生产指挥需求，设计创建1 套适应于公司长期发展的全面监测、智能分析、信息联动、日常应用和应急指挥为一体化，一站式操作的综览图联动展示的指挥系统[1]，做到与数字矿山生产执行系统cMES之间有机结合，实现共享数据、信息以及分析结果。

1 一张综览图的意义和作用

1）一张综览图的意义。综合概括公司自然地理位置，业务总台面，重要指标状态、数据变化以及生产指挥总体布局需要，设计1 个总盘式生产联动一张综览图，最终把所有复杂的系统数据和信息融合体现在生产联动一张综览图上，做到实时联动[2]，直观地体现各单位的生产动态，以便于高效生产调度。根据生产调度需要一张综览图上的信息涵盖2 个露天采矿及投入设备状态及配套选煤厂洗选动态、原煤和商品煤仓储状态、装车完成量，铁路运输状态、发电运行状态及实时排放环保达标状态、港口各品种商品煤的存储状态、生产辅助供电、供水状态等，实现可视化的综合实时监测全公司的生产运营状态。在生产调度过程中，调度工作人员时刻监测综览图上所呈现的各生产单位实际生产数据动态信息，若发现动态数据异常，可直接一张图上操作进入相关单位的子系统，详细地深入了解生产遇到问题，或可直接进入监控系统看到现场实时画面，实现主要系统运行数据和各子系统重要报警的视频联动，做到生产调度沟通畅通，迅速下达精准指令和决策。

2）一张综览图的作用。一张综览图上设计可变色可变动的图标，根据动画图标绿色-生产、黄色-停产、灰色-数据中断等颜色变化做出相应的维护措施，及时掌握生产运行状态，做出正确的煤炭运营决策。一张综览图中设计尤为突出点是以柱状动画、注记动画的动画图标形式展示原煤仓、缓冲仓、产品仓、矸石仓的每个仓的实时料位、实时储量，做到各业务单位之间提供精准的信息，生产联动一张综览图如图1。

图1 生产联动一张综览图

2 生产综合监控及调度指挥系统

在生产联动一张综览图的整体框架基础上建立层级关系，整合各单位的所有操作系统，进行数据关联、数据融合、数据分析，做到数据、图文联动，设计了生产综合监控系统及调度指挥系统。

2.1 系统设计遵循原则

1）遵循简洁的基本规则，整合各类系统，建设平台运行机制通用性强，子系统接入之后易于融入平台中，设计注记动画的动画图标，充分发挥1+1>2的作用[3]。

2）建立开放、兼容性强的综合平台，保护子系统的完整性。

3）突破各子系统界限，能够，自然、透明、无缝的使用图文、数据信息、应急预案、广播及通讯、视频、人员、安全监测、各类自动化监控等，各类相关子系统实现联动。

4）实现“免维护、少维护、缓维护”目标。其他行业成熟的生产系统在煤炭行业往往难以长期应用，主要原因是煤炭行业拥有一个不断变化且繁杂的生产系统，致使操作系统维护过于复杂、负重，难以保证正常维护水准及应用顺畅。因此，系统开发把维护简单作为一个重要原则，去追求实现功能强大化。

2.2 技术架构

1）综合监控系统集成展示融合各子系统的生产实时信息，同时为扩展子系统预留接口。系统采用CAD 图形展示，便于维护，起到总揽全局，打破子系统界限，无缝融合各类子系统功能，面向调度业务，实现全方位的系统联动，消除各个子系统及其各异的系统逻辑。系统依据对象的业务关系和空间位置，设计把有关联的设备、视频、通信、人员及各类传感器对象抽取，分类聚合，联动展示。平台支持一机多屏展示，多屏联动，同步自动切换。系统设计管理和发布调度指挥相关矿图、文档、预案、通讯录等信息，统一管理监控底图，未安装Word、AutoCAD 等软件可在线浏览图文资料，实现图文联动。

2）系统将设计统一接入、发布工业视频和安防视频，可叠加监控、人员信息，实现视频联动。通过通讯软交换融合各类通信设备，在应急状态下，采用短信、语音、拨打移动电话或办公电话，实现通信联动，大幅提升调度工作效率。系统可设置测点报警信息和用户配置报警信息，对实时数据进行监测，当数据符合超限、超量程、状态异常或发现数据传输中断等报警条件，报警监测系统立即产生报警信息，并通过数据推送模块发送到上层业务，实现报警联动。

3）除了基础数据和实时数据推送到上层业务外，系统将数据存入实时数据库，整合存储，可对外提供实时数据和推送实时数据。系统将各个子系统的数据通过OPC 接口、文件接口、硬件接口、第三方接口等不同的接口协议，接入到系统中并转换为统一的数据结构。维护人员将通过数据采集与配置工具，实现采集、管理巷道空间数据，更新组态图形，动画配置等功能。

2.3 功能结构

本系统正常运作采用通用的功能体现模式，即服务器端经过数据采集，逻辑运算，逻辑分析形成数据库；再由客服端呈现各子系统联动的一张综览图为生产调度提供作业平台，形成推送数据分别接入至相关数据需求平台。

1）服务器端。数据服务平台包括数据采集、数据传输、数据加工、逻辑处理单元、报警监测、测点信息管理、实时数据管理、数据存储、数据推送、接口管理等模块，系统服务器段功能如图2。首先将各生产子系统的数据接入，采集数据，并将数据转发给数据服务。当数据服务收到实时数据后进行加工整理，然后提供给上层测点信息和实时数据管理模块、报警监测模块监测实时数据状态，若数据状态有异常及时反馈或报警，数据正常将由逻辑处理单元进行综合分析。根据上层业务请求对实时数据进行筛选，通过各种业务层接口推送至上层应用。为高效应用数据，将实时数据存入数据库，对后续业务请求将数据直接推送。运行监测部分对系统当前各种运行状态进行监测，包括系统网络连接状态监测、采集器状态监测、数据库管理监测、系统状态监测等。

图2 系统服务器段功能

2）客户端。客服端按照技术架构要求，所有技术要求呈现所有客户。基于CAD 图形将各种实时监控数据以数据、表格、图形、组态动画等多种方式的数据融合展示。综合监控将采集到的数据进行全面监测管控数据分析、系统联动、报警提示、数据获取，形成高质量的数据库，呈现给用户或推送给相关用户。

3 系统部署

一张综览图联动展示要求以及各种数据分析、逻辑运算、推送的需求，为了技术架构和功能结构实现相应的功能，进行了系统部署。

3.1 数据采集

1）数据采集器与各个类型系统进行数据对接，包括OPC 接口、文件接口、硬件接口、第三方接口等，可以根据需要灵活配置多个采集器等。所有采集器均可灵活配置，选择集中部署或者分布式部署。当采用集中部署时，采集器和数据服务之间直接通过消息管道进行通信，保证数据的高效传输。当采集器分布式部署时，系统支持采集器联动，形成多级实时数据服务平台，最终将数据传输到服务器[4]。

2）采集器与数据存储之间通过网络传输。网络故障导致通信中断时，采集器自动缓存数据，避免实时数据丢失；网络恢复正常时再将数据发送到数据服务，保证数据的完整[5]。数据服务模块将从采集器获取到的实时数据进行加工整理，验证数据一致性、分析数据可靠性、剔除数据错误等措施保证数据的正确性和完整性，提供给上层应用。当系统超过固定时间内未收到采集器发送的数据时，系统向采集器发送数据请求获取数据。

3.2 测点管理

测点信息是数据服务平台的基础数据。准确的测点信息保证上层业务的正确运行。测点信息管理主要用来维护测点信息。当下层生产子系统的测点发生变化时，能够根据已有信息对测点变化做出增加、修改、删除测点的响应。当收到下层的异常信息时，能够自动识别，防止测点误删除等，导致测点丢失等。数据是数据服务平台的核心。实时数据的采集频度高，采集点多。实时数据管理主要负责以合理的结构维护这些实时数据，保证数据完整性和实时高效更新，并能够定期清理过期数据、异常数据等[6]。

3.3 逻辑测点和报警监测及数据存储

1）逻辑测点。逻辑测点是对系统原有测点和业务逻辑的完善补充。逻辑测点模块根据测点间的逻辑关系，输出符合前端需求的逻辑测点。当一个区域，人员、环境参数、生产状态等各类安全因素发生变化时，系统能够根据各类因素间的逻辑关系，智能分析和提示。

2）报警监测。报警监测主要负责根据测点信息以及用户配置的报警信息等，对实时数据进行监测。

3）数据存储。系统将基础数据和实时数据推送给上层业务，为了提高系统的效率，将实时数据存入实时数据库[7]，推送和对外提供统一的数据访问接口。针对数据存储部分，系统后台会定期数据备份、定时清理、一致性校验、数据迁移等操作，确保数据安全可靠。

3.4 数据推送

客户端订阅测点信息和实时数据。数据订阅支持对所有测点进行任意分组，满足各种类型的业务需要。业务订阅信息后，会立即收到所请求数据的最新信息。测点数据发生变化时，数据推送模块将实时数据同步推送到客户端。由此，保证数据的实时性、减少网络负载。

上层业务的形式多种多样，为满足各种业务，接口管理模块维护多种不同的接口协议，包括RakNet、WebSocket 等，可以定制开发。RakNet 网络协议接口可以提供安全高效的网络传输；WebSocket网络协议接口可以实现与页面之间的高效可靠实时数据传输；系统同时具备OPCServer、OPC 客户端的连接[8]。

3.5 运行监测

实时数据服务平台需要接入大量的控制系统，控制系统故障、网络中断、采集器异常等都可能造成数据异常。因此，有必要对系统的运行状况实时监测。

1）网络状态监测。主要负责实时监测与采集器之间的网络连接，若监测到网络异常会及时通过报警等措施提示用户检查网络。

2）采集器监测。数据服务平台接入大量的采集器，通过采集器监测模块定时与采集器交互获得采集器的运行状态，从而在发生问题时及时定位解决。

3）数据库管理监测。数据库具有大量的实时数据，通过定时作业执行脚本来完成自维护功能，对此进行监测，便于保证数据库健康运行。

4）系统状态监测。负责监测系统运行状态，判断接收处理数据的当前值、峰值、CPU 占用、内存占用等情况，避免系统过载而导致异常。

4 结语

1）实现多业务板块、多系统的综合监控。实现涵盖了采矿、选煤、装车、仓储、发电、供电、供水、铁路运输、港口存储等多个环节，多类系统的实时综合监控。直观、实时的监视公司生产安全和运行状态，实现高效管控。

2）建立由全局总揽到局部细节的多级一张综览图综合监测模式。监控信息按照综合业务对信息和数据分类组织、抽取、呈现、操作。

3）在图形可视化综合监测的基础上，接入视频，通讯和相关图文，实现信息联动展示和一站式操作；通过对象空间关系和业务逻辑关系抽取关联的各类信息到统一的用户界面进行操作，实现了多系统联动的一站式操作。

4）根据业务内在联系，对实时检测信息和数据进行在线智能分析和监测，加工、分析，协助用户发现和处理问题。

5）系统的稳定运行和维护方便等优势条件，为矿山采矿业数字化、智能化提供了最好的平台支持，将推进智能化进程。