基于OPC技术的煤矿井下数据监测中间件的设计

发布时间：2017-06-17 14:11

  本文关键词：基于OPC技术的煤矿井下数据监测中间件的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着自动化技术的不断发展,不同厂家生产的功能各异的自动化系统在煤矿生产中得到了广泛的应用,由于煤矿设备各自动化系统建立时间、建立单位不一样,接口规范不统一,在实际生产中会出现数据异构问题,造成驱动程序重复开发,接口维护困难。因此,通过设计基于OPC技术的煤矿井下数据监测中间件系统对现有的异构系统进行整合,对煤矿企业安全生产具有重大意义。该系统是应山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司的委托,为解决上位机组态软件不支持井下采集分站协议的问题而设计。本课题设计的基于OPC技术的煤矿井下数据监测中间件系统所做工作包括:详细介绍和分析了OPC的规范及相关技术,开发了基于OPC DA 3.0规范及OPC基金会提供的基础接口的OPC DA Server中间件系统;详细分析了本项目设备层的通讯协议及工作机制,设计、开发了设备驱动程序;针对井下设备数量随采、掘进程动态变化的特点,结合WinCC组态软件OPC接口及变量关联规范,设计了现场数据与组态软件动态关联的机制,开发了存储历史数据的数据库。主要内容如下:(1)对系统进行需求分析以及了解OPC技术。结合煤矿井下的实际生产环境,以及目前煤矿监测系统的现状对该系统的设计进行需求分析,对OPC的数据存取规范进行了深入研究,同时分析了OPC数据存取的技术特点及对OPC程序的应用要求,开发和设计了OPC DA Server中间件系统。(2)根据总设计方案设计各部分之间的通信机制。煤矿井下采集分站将井下顶板离层仪、锚杆、锚索、煤柱应力的数据采集后,通过ZigBee协议传送到通信主站中;通信主站通过以太网将采集分站的数据上传到OPC数据监测中间件系统;数据监测中间件系统对接收到的数据进行解析后,转换成标准的OPC接口;上位机组态软件的OPC客户端通过访问数据监测中间件系统的OPC服务器获取数据。(3)对煤矿动态开采过程的监测进行设计。与一般工业现场不同,煤矿开采是一个动态过程。随着掘进和回采的持续进行,巷道的长度发生了变化,现场传感器设备的数量也随着发生了先增后减的变化。煤矿数据监测中间件系统对数据进行统一管理,对变量进行有序的创建和命名。通过对数据进行分析,可以判断出煤矿井下传感器的状态,并将状态实时地传给上位机,使监控画面能够动态地显示煤矿巷道内变化的全过程。目前,该系统已在山西煤炭运销集团阳城四候煤业有限公司和三元王庄煤业有限公司得到了应用,并且该系统运行情况良好。
【关键词】：OPC 数据监测 中间件 通信机制
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外现状12-13
• 1.2.1 OPC技术国内外研究现状12-13
• 1.2.2 煤矿井下数据远程监控系统的国内外研究现状13
• 1.3 本论文研究的主要内容13-15
• 第二章 煤矿井下数据监测系统介绍15-23
• 2.1 监测系统的概述15-17
• 2.2 中间件介绍17
• 2.3 系统分析17-19
• 2.3.1 井下系统分析18
• 2.3.2 上位机系统分析18-19
• 2.4 煤矿井下数据监测系统介绍19-23
• 2.4.1 硬件部分介绍19-20
• 2.4.2 软件部分介绍20-23
• 第三章 数据监测中间件系统的设计23-47
• 3.1 OPC规范分析23-24
• 3.2 数据监测中间件系统的架构24-26
• 3.3 OPC服务器中间件的设计与实现26-43
• 3.3.1 OPC服务器中间件整体流程的设计26-28
• 3.3.2 OPC服务器中间件的实现模式和相关技术28-30
• 3.3.3 中间件系统对象管理模块的设计与实现30-36
• 3.3.4 中间件系统数据读写模块的设计与实现36-39
• 3.3.5 中间件系统地址空间模块的设计与实现39-41
• 3.3.6 中间件系统多线程的设计与实现41-43
• 3.4 硬件驱动程序的设计与实现43-44
• 3.5 中间件系统界面的设计44-47
• 第四章 OPC服务器中间件的通信设计47-75
• 4.1 现场通讯要求分析47-48
• 4.1.1 矿井现场实际概况47-48
• 4.1.2 现场对通信的要求48
• 4.2 采集分站之间的通信设计48-51
• 4.3 基于TCP的总线协议设计51-57
• 4.3.1 通信机制的分析52-56
• 4.3.2 通信机制的设计56-57
• 4.4 动态数据数量交换的设计与实现57-69
• 4.4.1 WinCC与OPC服务器中间件的数据交换模式58-59
• 4.4.2 基于数据数量不确定性的数据交换机制59-66
• 4.4.3 采集分站状态判断机制66-69
• 4.5 数据库的设计69-75
• 4.5.1 中间件系统E-R图的设计69
• 4.5.2 数据表的设计69-72
• 4.5.3 数据库接口设计72-75
• 第五章 系统测试75-83
• 5.1 中间件与通信主站通信测试75-76
• 5.2 中间件与WinCC组态软件的通信测试76-77
• 5.3 系统整体功能测试77-81
• 5.4 系统实际运行情况81-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 6.1 总结83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文91-93
• 攻读硕士期间参与的项目93

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