煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應用研究

原學新

（山西煤炭運銷集團神農(nóng)煤業(yè)有限公司，山西 高平 048402）

引言

調(diào)查發(fā)現(xiàn)煤炭實際的采掘過程中存在產(chǎn)量檢測困難的問題，現(xiàn)已引起了各部門的高度重視[1]。近年來國家煤炭稅收監(jiān)管部門為了更好地規(guī)范煤炭市場，提出利用科技手段開展煤炭企業(yè)產(chǎn)量的測定以及稅源的監(jiān)控[2]。目前我國的煤炭投資模式分散，實現(xiàn)煤炭產(chǎn)量的統(tǒng)一監(jiān)管較為困難[3]。但是SOA作為一種公認的企業(yè)IT架構(gòu)發(fā)展模式，不僅能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)力，還能提高企業(yè)的管理水平，同時結(jié)合較為先進的通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)各煤炭企業(yè)產(chǎn)量的系統(tǒng)監(jiān)管，準確監(jiān)測煤炭企業(yè)的產(chǎn)量，降低稅收流失風險[4-5]。因此開展SOA的煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應用研究工作，對于降低稅收部門的征稅難度，規(guī)范煤炭市場具有重要的意義。

1 產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)概述

所謂的SOA是一個面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的組件模型，根據(jù)服務(wù)的功能定義服務(wù)之間的接口和契約，使其達到系統(tǒng)中服務(wù)信息交互方式的通用化和統(tǒng)一性。基于SOA的產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要由稱重傳感器實現(xiàn)，傳感器安裝在煤炭運輸車上，采集的信號數(shù)據(jù)傳輸至控制器進行分析處理，形成TCP數(shù)據(jù)包，之后借助IP通信協(xié)議和遠程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將其傳至數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控終端可以直接訪問數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，實現(xiàn)監(jiān)控中心對于煤炭產(chǎn)量和視頻監(jiān)控信息等的實時監(jiān)控功能。

2 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

2.1 硬件架構(gòu)

基于煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)概述和煤炭作業(yè)現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備，充分考慮監(jiān)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動關(guān)系，完成了監(jiān)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)的設(shè)計，如圖1所示。硬件系統(tǒng)架構(gòu)中包含了稱量裝置、視頻裝置、現(xiàn)場控制裝置、網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置、數(shù)據(jù)中心等組成，能夠滿足煤炭企業(yè)煤炭產(chǎn)量的監(jiān)測功能，提高煤炭企業(yè)煤炭產(chǎn)量的監(jiān)管水平，可節(jié)省人力物力，保證煤炭產(chǎn)量的監(jiān)管效率和準確性。

圖1 煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2.2 軟件架構(gòu)

煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)依托于數(shù)據(jù)中心管理軟件，其與煤炭輸出現(xiàn)場控制器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ桨ㄓ芯€和無線兩種。監(jiān)控管理過程中的控制信息的實現(xiàn)借助IP的通訊協(xié)議完成，涉及現(xiàn)場控制器與稱量裝置、視頻裝置之間的通訊。基于SOA的煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)的軟件包括五層，分別為用戶界面層、業(yè)務(wù)層、業(yè)務(wù)規(guī)則層、數(shù)據(jù)訪問層、數(shù)據(jù)存儲層，具體架構(gòu)如下頁圖2所示。用戶界面層主要實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)人機交互功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出；業(yè)務(wù)層主要完成監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測實體及參數(shù)的服務(wù)；業(yè)務(wù)規(guī)則層設(shè)計的目的是簡化多業(yè)務(wù)的操作流程，使業(yè)務(wù)的接口訪問簡單易行，提高子系統(tǒng)的模塊化，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)之間的功能聯(lián)動控制；數(shù)據(jù)訪問層用于設(shè)置訪問權(quán)限，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控功能，供不同權(quán)限的人員訪問讀取；數(shù)據(jù)存儲層完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)頁和緩沖區(qū)的處理，主要由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成該項工作。

圖2 煤炭監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件選型

煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)是基于煤炭企業(yè)現(xiàn)有采煤設(shè)備及其控制系統(tǒng)完成的。實現(xiàn)產(chǎn)量監(jiān)測功能的關(guān)鍵是在原有設(shè)備基礎(chǔ)上采集得到產(chǎn)量相關(guān)的數(shù)據(jù)，此處系統(tǒng)設(shè)計重點是選擇接口通用、工作可靠、滿足數(shù)據(jù)采集要求的傳感器。

3.1.1 稱重傳感器

稱重傳感器的選擇需基于煤炭的運輸方式完成，才能采集得到穩(wěn)定可靠的重量數(shù)據(jù)。煤炭實際運輸過程中不可避免地會出現(xiàn)偏載、斷料、跑偏、振動等，均會影響稱重傳感器的檢測精度，因此必須選擇能夠適應惡劣工作環(huán)境、壽命長的傳感器。稱重傳感器作為煤炭產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部件，實際應用時需要集成在運煤現(xiàn)場的控制器中，以便更好地實現(xiàn)稱重傳感器的維護和控制，如圖3給出了稱重傳感器現(xiàn)場布置示意圖，選擇應用較廣的稱重傳感器，如圖4所示。

圖3 稱重傳感器現(xiàn)場布置示意圖

圖4 稱重傳感器實物圖

3.1.2 方向傳感器

基于煤炭資源運輸?shù)奶卣鳎枰诿禾慨a(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)中設(shè)計方向傳感器，以此實現(xiàn)煤炭輸運之前礦車的質(zhì)量和裝載煤炭之后總質(zhì)量的計量，計算得出單次運輸凈煤炭的質(zhì)量，因此要想監(jiān)測系統(tǒng)準確監(jiān)測煤炭的產(chǎn)量，需要方向傳感器和稱重傳感器配合使用。與此同時，方向傳感器的設(shè)置能夠有效防止煤炭企業(yè)進行搭橋作弊，約束煤炭企業(yè)的煤炭產(chǎn)量計量行為。

3.2 軟件實現(xiàn)

3.2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

煤炭產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計基于企業(yè)級PowerDesigner完成，具有快速穩(wěn)定的業(yè)務(wù)構(gòu)建流程，能夠方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫需求管理、文檔建立、數(shù)據(jù)分析、知識庫建立等功能。內(nèi)部配置了概念數(shù)學模型、物理模型、面向?qū)ο竽Ｐ汀I(yè)務(wù)流程模型等，可以根據(jù)用戶需要進行建立轉(zhuǎn)換，通過采集得到的數(shù)據(jù)建立完善的數(shù)據(jù)庫。監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立采用的是面向?qū)ο蟮姆椒ㄩ_展的，具體流程為概念數(shù)據(jù)模型建立→轉(zhuǎn)換物理數(shù)據(jù)模型→轉(zhuǎn)換面向?qū)ο竽Ｐ汀?/p>

3.2.2 普通用戶注冊功能

煤炭監(jiān)測系統(tǒng)中涉及用戶注冊功能，其具體注冊流程如圖5所示。登錄系統(tǒng)的首頁，啟動注冊登錄界面，如果該企業(yè)已注冊，可以直接運用自己的賬號和密碼進行登錄，進入系統(tǒng)；如果沒有賬號，則需要點擊界面中的注冊按鈕完成新用戶的注冊登記，具體的注冊界面如圖6所示。

圖5 普通用戶注冊流程

圖6 普通用戶注冊界面

進入注冊界面之后可以填寫用戶注冊信息，根據(jù)煤炭企業(yè)的實際情況選擇用戶的類型以及申請使用的站點。申請信息填寫完成之后需要等待審核批準，一旦審核通過，企業(yè)即可登錄系統(tǒng)，根據(jù)企業(yè)分配的功能權(quán)限訪問對應的功能頁面。

3.2.3 用戶管理功能

監(jiān)測系統(tǒng)中涉及較多的用戶，并根據(jù)實際情況進行了權(quán)限的設(shè)置，其中系統(tǒng)的超級用戶能夠借助用戶管理功能實現(xiàn)所有用戶信息的查詢和更改，可以根據(jù)企業(yè)的類型劃分管轄站點。同時普通用戶僅能查看自己的信息，包括煤礦產(chǎn)量及總量等，如果想要獲取更多的權(quán)限需要向上層管理權(quán)限者申請，批準后方可獲取相應權(quán)限。

3.2.4 狀態(tài)監(jiān)控及錯誤報警功能

煤炭企業(yè)運行狀態(tài)監(jiān)控功能能夠完成注冊用戶管轄站點內(nèi)部稱重傳感器、方向傳感器、視頻資料、圖像信息、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葘嶋H情況的實時監(jiān)測，實現(xiàn)超級用戶對于普通用戶的全面監(jiān)督，掌握相關(guān)生產(chǎn)信息。為了實時監(jiān)控功能的實現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)置每隔40 s完成一次采集信息的刷新顯示，并記錄實際運行數(shù)據(jù)和異常情況等。當系統(tǒng)出現(xiàn)較為嚴重的錯誤時，會自動發(fā)出報警信息，根據(jù)用戶的設(shè)置以網(wǎng)頁動畫或者短信的形式完成報警提醒，以便監(jiān)控人員及時進行系統(tǒng)的維護。

3.2.5 視頻監(jiān)控、照明參數(shù)及數(shù)據(jù)補發(fā)功能

視頻監(jiān)控能夠滿足普通用戶和超級用戶在監(jiān)測系統(tǒng)中進行各自礦產(chǎn)煤炭實時產(chǎn)量和運行狀態(tài)的觀看，如圖7所示；照明參數(shù)和數(shù)據(jù)補發(fā)功能主要是完成數(shù)據(jù)中心和現(xiàn)場控制器之間照明參數(shù)和數(shù)據(jù)的補發(fā)，信息的傳輸通過IP網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議完成。實現(xiàn)照明參數(shù)實時監(jiān)控功能需要系統(tǒng)每隔40 s完成一次照明參數(shù)的更新，以便獲取最新的照明信息數(shù)據(jù)。

4 應用效果評價

圖7 視頻監(jiān)控界面

為了驗證煤炭產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計效果，組織了25家煤炭企業(yè)進行了系統(tǒng)的測試工作，完成了用戶的注冊，獲得了各自的登錄賬號和密碼。試運行的3個月時間內(nèi)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)各個煤炭企業(yè)產(chǎn)煤量的實時監(jiān)測。通過對比實際稱量的煤炭產(chǎn)量和監(jiān)測系統(tǒng)顯示的煤炭產(chǎn)量，后者顯示的數(shù)據(jù)偏高，偏差數(shù)值在2%之內(nèi)，可能原因是實際稱量煤炭的過程中存在煤炭損失。經(jīng)過問卷調(diào)查10家煤炭企業(yè)，一致認為2%的產(chǎn)量誤差能夠接受，同意使用該系統(tǒng)進行煤炭產(chǎn)量的監(jiān)測，以此衡量企業(yè)的產(chǎn)煤量，能夠為企業(yè)節(jié)省近150萬元/a的煤炭產(chǎn)量核算成本，具有很好的應用前景。