礦業(yè)自動化數(shù)據(jù)采集標準

曲偉霞，劉源

（1.山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦，山東 萊州 261400；2.煙臺東方縱橫科技股份有限公司，山東 煙臺 264000）

礦業(yè)自動化數(shù)據(jù)采集標準化屬于大數(shù)據(jù)平臺項目建設內(nèi)容，其主要落實目的，是通過梳理礦業(yè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)，利用大數(shù)據(jù)平臺將各部分業(yè)務數(shù)據(jù)進行縱向、橫向打通，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進行實時采集、存儲，為供云計算、物聯(lián)網(wǎng)、可視化等新技術(shù)的應用奠定數(shù)據(jù)基礎，推動礦業(yè)生產(chǎn)運作水平的發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)流采集標準

1.1 提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集標準

在礦業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中，提升系統(tǒng)主要負責礦井下與地面之間的運輸，是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接關系著生產(chǎn)安全以及生產(chǎn)效率，因此，在信息技術(shù)的視域下，各個礦業(yè)生產(chǎn)企業(yè)紛紛為其配備了數(shù)字化監(jiān)控、自動化控制系統(tǒng)，以期提高該系統(tǒng)運行的可靠性。在此過程中，針對提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的采集工作目的是通過實時監(jiān)測提升系統(tǒng)的運作狀態(tài)，以便于提早發(fā)現(xiàn)、處理設備故障以及安全隱患，同時，為礦山自動化作業(yè)系統(tǒng)的整體協(xié)同提供數(shù)據(jù)支持。為此，從數(shù)據(jù)采集標準上來看，該部分數(shù)據(jù)應當包含設備運行參數(shù)、提升數(shù)量、異常信息關聯(lián)數(shù)據(jù)等，且數(shù)據(jù)格式要與整體自動化控制系統(tǒng)保持一致，以便于更好地為系統(tǒng)的協(xié)同運作提供數(shù)據(jù)基礎。

1.2 排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集標準

為排水系統(tǒng)設置自動化控制系統(tǒng)，主要是為了保障安全生產(chǎn)，以及節(jié)約水資源能耗。為此，在排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流采集中，系統(tǒng)的采集重點在于水倉水位、泵組、排水量這三部分數(shù)據(jù)。通過這三部分數(shù)據(jù)，中控系統(tǒng)可以隨時了解水位安全情況，并基于數(shù)據(jù)流所傳達的信息，控制泵組的開關，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)的安全防護和節(jié)能功能。此外，由于該系統(tǒng)需要與生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，因此，從數(shù)據(jù)采集項目標準上來看，數(shù)據(jù)采集內(nèi)容應當包括泵的運行參數(shù)、水倉水位值、水位變化參數(shù)、排水流量、異常數(shù)據(jù)等，且要根據(jù)實際需求進行適當?shù)奶砑樱源_保該項數(shù)據(jù)流可以滿足系統(tǒng)功能運作以及生產(chǎn)管理需求。

1.3 供風系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集標準

供風系統(tǒng)是保障安全生產(chǎn)的關鍵設施，一旦供風系統(tǒng)停機，礦井內(nèi)工作者就需要迅速撤出，因此，在自動化建設中，礦業(yè)生產(chǎn)企業(yè)基本都會為該系統(tǒng)設置遠程監(jiān)控系統(tǒng)等自動化設施，以保證系統(tǒng)在無人值守條件下的穩(wěn)定運行。在此過程中，供風系統(tǒng)數(shù)據(jù)流采集的目的，主要在于實現(xiàn)自動開機、空壓系統(tǒng)整體自動調(diào)控、節(jié)能降耗、壓風動力控制自動化，因此，在數(shù)據(jù)流采集標準上，數(shù)據(jù)采集項目應當包括機組運行參數(shù)、風壓動力參數(shù)、能耗參數(shù)、環(huán)境空壓參數(shù)等。

1.4 選礦系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集標準

選礦自動化系統(tǒng)的關鍵職能是通過對碎礦、供水、排尾等選礦環(huán)節(jié)的自動化控制，使系統(tǒng)最優(yōu)、配比最佳，以提高選礦工作效率與質(zhì)量，并在無人值守的情況下，保持選礦加工的持續(xù)、穩(wěn)定進行，提升礦業(yè)自動化生產(chǎn)水平。由此可見，選礦系統(tǒng)數(shù)據(jù)流采集標準中，應當包括破碎機運行參數(shù)、排礦口排礦狀態(tài)參數(shù)、礦倉料位值、磨浮系統(tǒng)運行參數(shù)、供水水泵運行參數(shù)、排尾泵運行參數(shù)等。

2 數(shù)據(jù)采集功能設計標準

2.1 實時采集功能設計

一般來說，當前的礦業(yè)自動化數(shù)據(jù)采集設計方案中，基本都包含標準化的實時功能設計，使工控系統(tǒng)得以具備靈敏、有效的反應能力，保證自動化生產(chǎn)的正常運行。目前，實時數(shù)據(jù)采集功能的設計標準通常包含數(shù)據(jù)接口、可靠性保障機制、彈性伸縮、并發(fā)與吞吐、語言支持、加密傳輸這幾個方面。在數(shù)據(jù)接口方面，大部分礦業(yè)數(shù)據(jù)采集功能設計標準中都要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需支持RestAPI接口，以保證數(shù)據(jù)通道的正常創(chuàng)建、傳輸、消費。在可靠性機制方面，設計者必須確保數(shù)據(jù)信息在發(fā)送，以及落盤返回時，能夠?qū)⒔Y(jié)果進行及時反饋，以便于中控系統(tǒng)進行有效的確認，增強數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運行的可靠性。在彈性伸縮方面，Topic的數(shù)量增加時，應當支持動態(tài)擴展與彈性水平擴展，使實時采集功能可以順利覆蓋各個數(shù)據(jù)流，以滿足后續(xù)自動化控制的需求。在并發(fā)、吞吐方面，常規(guī)的采集系統(tǒng)實時功能，應滿足單通道百萬并發(fā)、毫秒時延標準，來保證該系統(tǒng)的靈敏性。在語言支持與傳輸安全方面，數(shù)據(jù)實時采集功能應支持多語言，且具備操作隔離能力，以達到99.9%的數(shù)據(jù)可用性，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集行為的有效性。

2.2 采集定制功能設計

就目前來看，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等高新技術(shù)在礦業(yè)作業(yè)中的應用，推動了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能的不斷優(yōu)化，形成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能的柔性化發(fā)展趨勢。基于此，定制作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的新功能，使自動化系統(tǒng)在礦業(yè)生產(chǎn)中的適用范圍進一步擴大，促進了礦業(yè)生產(chǎn)智能化的發(fā)展。在此過程中，定制功能的設計標準，主要以柔性數(shù)據(jù)接口為核心，并要求系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件應能夠支持多種工業(yè)通信接口，以打破設備與各綜合平臺之間的 信息孤島 現(xiàn)狀，實現(xiàn)基于作業(yè)設施實際情況，而構(gòu)建相應的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。以ALL-IN-ONE采集板卡這一數(shù)據(jù)采集硬件定制功能設計標準為例，該硬件應支持RS232、CAN、RS485/RS422等多種工業(yè)通信接口，且支持多種工業(yè)協(xié)議接入，使5G通信、AI智能數(shù)據(jù)預處理等技術(shù)，得以應用到自動控制系統(tǒng)中，打造出適用于各類工況、生產(chǎn)需求的針對性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2.3 化驗室數(shù)據(jù)采集功能設計

自動實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通常具備人工數(shù)據(jù)錄入功能，該功能主要服務于化驗人員，以便于實現(xiàn)礦業(yè)生產(chǎn)信息的高度集成化顯示，為生產(chǎn)決策提供依據(jù)。在此過程中，化驗人員會將礦石成分、組成等通過化驗得出的數(shù)據(jù)，以人工錄入的方式，輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，同時，具有訪問權(quán)限的工作者就可以借助該系統(tǒng)，實時查看化驗數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的快速、有效共享。基于此，在設計標準方面，設計者需要在系統(tǒng)中安裝報表制作插件，如ESP-iExcelink等，以將磁盤歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，集成到表格中，提高數(shù)據(jù)顯示效果。

3 數(shù)據(jù)采集平臺設計標準

3.1 ROMA數(shù)據(jù)采集平臺

現(xiàn)階段，ROMA作為礦業(yè)自動化生產(chǎn)中常用的數(shù)據(jù)采集平臺，其整體搭建標準為，統(tǒng)一網(wǎng)閘+網(wǎng)關服務器+華為ROMA平臺，其作用原理是將opcda、104規(guī)約等不同類型的協(xié)議，轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的opcua協(xié)議，以突破OT和IT兩個世界的鏈接障礙進行數(shù)據(jù)采集。為此，在數(shù)據(jù)平臺設計標準方面，選廠PLC、排水PLC等自動控制子系統(tǒng)，應統(tǒng)一連接到工業(yè)網(wǎng)核心，同時，專網(wǎng)也要連接集成至專網(wǎng)核心交換機中，與工業(yè)網(wǎng)核心一同接入網(wǎng)關服務器，再經(jīng)由網(wǎng)閘，進入采集服務器，最后進入ROMA平臺，該平臺會將采集來的各類數(shù)據(jù)，進行預處理，以滿足后續(xù)大數(shù)據(jù)平臺的運作需求，保證各類高新信息技術(shù)的有效落實，提升礦業(yè)生產(chǎn)水平。

3.2 ROMA平臺數(shù)據(jù)傳輸

在ROMA平臺的視域下，為了滿足數(shù)據(jù)交互需求，數(shù)據(jù)采集傳輸方式、一致性需要滿足以下幾項標準：

第一，隔離標準，礦業(yè)生產(chǎn)中應用的自動控制、遠程控制等控制系統(tǒng)，在采集、傳輸系統(tǒng)過程中，應具備獨立性與安全性，因此，其在程序邏輯與物理層面上，應與其他系統(tǒng)隔離；第二，交互標準，為了保證數(shù)據(jù)交互的安全性，應當在交互的兩個系統(tǒng)之間建立中間數(shù)據(jù)庫，避免兩者進行直接交互；第三，一致性標準，應采用單向一致性，以去除冗余，例如，在供風自動化系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)在將數(shù)據(jù)進行采集、加工、應用、發(fā)布完畢后，數(shù)據(jù)的加工結(jié)果無須寫回自動控制系統(tǒng)；第四，數(shù)據(jù)信息的關聯(lián)標準，應盡量減少人工干預性控制，僅將關聯(lián)表現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳遞即可，減少人工干預造成的運行誤差。

3.3 工業(yè)組態(tài)軟件平臺

就目前來看，針對綜采工作面運行，工業(yè)組態(tài)軟件平臺已經(jīng)逐步被推廣應用，并在實際應用中獲得了良好的效果。通常情況下，工業(yè)組態(tài)軟件平臺的標準結(jié)構(gòu)為數(shù)據(jù)庫、I/O驅(qū)動、HMI設計，其中數(shù)據(jù)庫主要用于儲存歷史數(shù)據(jù)、事故處理數(shù)據(jù)、綜合數(shù)據(jù)運算處理結(jié)果等，同時，還可以基于安全協(xié)議，通過該軟件平臺，進行數(shù)據(jù)信息共享。此外，為了工業(yè)組態(tài)軟件平臺的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠更好地適用實際工況，設計者還需要采用ActiveX、Content Type等軟件，對其進行開發(fā)利用，并根據(jù)實際生產(chǎn)條件、參數(shù)信息，定制瀏覽器顯示主頁，以方便工作者后續(xù)的監(jiān)控與管理，由此可見，工業(yè)組態(tài)軟件平臺的設計標準，主要取決于具體的工況，且具備明顯的條件針對性，需要設計者做好前期的開發(fā)，才能保證該平臺的后續(xù)運作效果。

4 結(jié)語

綜上所述，有效落實礦業(yè)自動化數(shù)據(jù)采集的標準化建設，能夠促進礦業(yè)的發(fā)展。在采礦作業(yè)過程中，借助標準的自動化數(shù)據(jù)可以保證各自動化控制業(yè)務的系統(tǒng)性、方便高新信息技術(shù)的集成、優(yōu)化各類控制系統(tǒng)運作的穩(wěn)定性，從而增強各類先進生產(chǎn)技術(shù)的協(xié)同運作，提升礦業(yè)作業(yè)自動化、智能化水平。