矿井煤质智能化管理系统研究与应用

来源：SCI期刊网 分类：电子论文 时间：2022-04-19 09:55 热度：

　　摘要: 为了解决当前煤质管理过程中传统统计煤质数据工作中出现的人工传递手段落后、工作效率低等问题，研究和设计开发了矿井煤质智能化管理系统。系统采用3 层 B/S 体系结构，与传统 C/S 体系结构相比较，具有易维护、易扩展的优势。在通信层面，利用中间件 OPC 技术提供一个统一的接口规范，屏蔽数据库结构、通信方式、通信接口、通信协议的差异，实现各个异构子系统数据库之间的相互通信。在数据库访问层面，通过 JDBC 技术提供统一访问接口，屏蔽底层数据库的变化。运行结果表明，该系统能够实时、准确地为矿井各部门传递、分析所需煤质数据，提供煤质信息的实时共享，实现了煤质数据管理的智能化。

　　关键词: 煤质管理; 智能化系统; B /S 结构

　　0 引言

　　煤矿智能化是煤矿行业未来发展的重要方向，智能化技术已渗透到煤矿生产的各个环节，推动煤矿智能化建设是煤矿企业提高企业竞争力的重要途径[1]。质量是企业的立足之本，煤质管理是煤矿企业管理工作的重要环节，是提高煤矿企业竞争力的重要着力点。在煤质管理工作中，大多数煤炭企业达不到对煤炭质量实时动态控制，往往是出现质量问题之后，再采取补救措施，导致煤质管理工作的被动性和滞后性。因此，在煤质管理工作中运用智能化技术，建设煤质智能化管理系统，将有力推动煤矿企业由传统规模增长向高质量发展转变，促进煤炭行业健康发展[2]。

　　1 系统分析

　　新郑煤电公司位于新郑市辛店镇境内，是设计年产 300 万 t 的大型矿井，煤质管理成为企业管理中的核心内容。生产调度中心是煤质管理工作的主管部门，承担公司商品煤和内部入洗原煤的质量检测工作，以其检测数据作为商品煤和入洗原煤结算的质量依据。公司下设有煤质化验室，并配备胶带电子秤管理系统、灰分监测系统、自动配煤系统等子系统。原各子系统每天通过电话上报、纸质上传煤质数据，煤质化验室通过人工统计质检数据( 包括日期、矿别、批数、吨数、化验、项目等) 来形成质检日报，填写商品煤销售( 按批次) 化验报告作为结算依据。

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　　该方式存在以下弊端: ①传递手段落后，时效性差，浪费大量人力，工作效率低下; ②需相关部门重复填写煤质数据; ③统计工作繁琐复杂，人工方式难免有误差，统计结果的准确性差; ④原管理模式导致煤质数据统计时间长，出现严重的滞后性，严重影响领导的决策[3]。因此，传统的煤质管理模式已不能满足煤矿企业实现智能化管理的要求，建设煤质智能化管理系统势在必行。

　　2 系统设计

　　近年来，随着煤炭需求的扩大和市场经济的迅猛发展，对煤质管理工作提出更高的要求，导致当前人工传递煤质信息、重复填写煤质数据的工作方式无法适应现代化煤矿企业的需求[4]，实现煤质信息智能化管理已成为当务之急。本系统结合国内大型煤矿煤质管理信息系统的开发经验，优化设计方案，主要研究以下几方面的内容。

　　( 1) 对煤质智能化管理系统采用的体系结构及多层平台的体构进行综合分析，研究多层应用式系统的主流平台及核心技术，并对当前流行的. net 平台的相关技术进行了分析[5]。整个系统釆用 3 层 B /S 体系结构，与 C /S 结构相比，它具有适用性强、零维护、安全性好、可扩展性强等特点，非常适合应用于煤矿企业的煤质管理系统[6]。

　　( 2) 本系统对煤质数据传输、分析做了一定的探讨，提供了不同类型数据整合的解决方案。系统所使用的数据具有分布性和异构性等特点，必须进行异构数据库的集成。对异构数据库的接入、存取、异构模式的消除、客户端实现等技术方案进行论证，用 XML 格式化数据描述语言解决异构数据源的异构性[7]。采用 Web Services 封装业务逻辑，屏蔽底层数据源的异构性，使各数据库和功能子系统都可以通过 Internet /Intranet 提供远程服务功能[8]。

　　( 3) 在煤质智能化管理系统中，每一个子系统的功能中都包含生成报表的功能，能够创建交互式、髙质量的数据报表。

　　( 4) 利用系统自动形成的煤质数据，生产调度中心可根据煤质变化及市场需求，及时调整生产工艺，满足客户对商品煤的多样化需求，实现订单式生产，最大限度提高公司经济效益[9]。

　　3 系统实现

　　煤质智能化管理系统主要采集、处理胶带电子秤管理系统、灰分监测系统、自动配煤系统、煤质化验结果等煤质数据信息。整个煤质管理系统中，每个子系统都有各自所需要实现的功能，不管哪个子系统的功能实现都离不开数据库的访问。

　　在开发本系统之前，已经建立了一些数据库用来存放煤质信息，但是煤质信息管理并没有形成一个系统，煤质信息都以信息孤岛的形式存在[10]。胶带电子秤管理系统 ( 力 控 ) 、灰 分 监 测 系 统 ( WinCC) 、筛选集控系统( ifix) 使用不同厂家的监控软件，其数据库结构、通信方式、通信接口、通信协议各不相同。为了实现不同软件之间的数据通信传输，主要利用 OPC 实现各个子系统数据库之间的相互通信。OPC 作为构建自动化工控系统的“中间件”技术，提供一个统一的接口规范，实现软件系统设计的简单性和扩展性，实现数据在信息层上的集成[11]。因此在开发煤质智能化管理系统时，为了能够充分利用现有资源，将这些分布式的“信息孤岛” 连接起来，利用计算机网络快速、便捷、准确地传递、分析各种煤质信息，实现煤质信息管理智能化，改变目前煤质信息人工传递手段落后、工作效率低的局面，将煤质信息相关的异构数据库集成起来，搭建一个统一的平台，实现煤质信息的共享[12]。

　　对基于 Web 发布的煤质智能化管理系统进行需求分析，本系统采用 B /S 架构，包括表示层、业务逻辑层、数据服务层、服务器、客户端[13-14]。

　　( 1) 表示层。表示层主要完成用户界面表达形式与数据绑定，数据将按照网络能理解的方案进行格式化，表示层管理数据的解密与加密[15]。在本系统中，煤质化验室、胶带电子秤管理系统、灰分监测系统、自动配煤系统等系统节点使用浏览器通过表示层提供的界面来完成各项工作，表示层是处理所有与数据表示及传递有关的问题，包括转换、加密和压缩。

　　( 2) 业务逻辑层。业务逻辑层是系统业务实现层，将煤质智能化管理信息系统的业务按照流程以组件的方式在业务逻辑层实现，使业务层脱离了物理环境的束缚，实现了多环境下的调用[15]。

　　( 3) 数据服务层。相当于中间类的作用，提供了另一个通用接口让调用者可以使用接口暴露的方法，而无需关注架构或底层发生怎样的变化。数据服务层通过 JDBC 的数据库访问技术可以为多种关系数据库提供统一访问，JDBC 提供了一种基准，据此可以构建更高级的工具和接口，使数据库开发人员能够编写数据库应用程序[16]。

　　( 4) 服 务 器。对 于 Web 服务器使用开源的 Tomcat，在物理服务器机器上安装 Tomcat，然后在 Tomcat 里面部署 Java Web 程序。服务器端必须引用业务层类阵，使用配置文件可以替代把通道和对象配置写入到源代码中。

　　( 5) 客户端。对于客户端使用 Web 前端开发技术，Web 客户端主要指 Web 浏览器，其主要功能是将用户向服务器请求的 Web 资源呈现出来，显示在浏览器窗口中，本系统采用微软的 IE 浏览器作为 Web 页面浏览器。

　　在煤质智能化管理系统中，每个子系统的功能中都包含生成报表的功能，报表的制作也是煤质智能化管理系统开发的重要环节之一。通过实际需求分析、项目开发目标相对照，系统主要功能有: 商品煤、入洗原煤化验结果的输入、审核、上报，开具商品煤、入洗原煤化验单及结算单; 自动生成各落煤点商品煤落煤量、发热量统计，饼状图、柱状图分析( 图 1) ; 销售的商品煤发热量、数量、客户单位、采样人等信息( 图 2) ; 各工作面联质计产报表; 对煤质异常数据进行查询功能; 汇总历史数据自动生成日报、月报，每个授权用户都可通过浏览器査询各种报表、单据、文档，并对煤质质量管理出现的问题进行分析，为相关部门决策提供重要的依据[17]。

　　实施本系统以后对煤质信息的管理实现数字化、智能化，以电子表格代替纸质表格，实现无纸化办公[18]。全面实现了煤质信息的共享、生产环节的通畅，既加强了内部协作，又増加了内部相互监督。本系统提供各类数据接口，实现企业煤质信息流的全面集成，对企业科学、高效、规范化管理和决策具有重大的促进作用，推动煤矿企业智能化、信息化建 设[19]。

　　4 结语

　　通过对矿井煤质智能化管理系统的研究，提出了一种搭建煤质智能化管理系统的通用解决方案。屏蔽异构子系统间通信差异和数据库访问差异，提供统一接口规范和标准，具有很强的通用性; 同时使用 B /S 架构使系统具备易维护、易扩展的优势，解决了人工手段统计煤质数据导致管理的被动性和滞后性问题，实现了数据信息的实时统计和共享，提高了煤质管理工作的智能化水平。——论文作者：王宝华，史书卫

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文章名称：矿井煤质智能化管理系统研究与应用

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