基于三层结构的煤矿信息化系统研究.pdf

第 6期 2 0 05年 1 2月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i n e Au t omat i on NO ． 6 De c ．2 0 0 5 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 5 0 6 0 0 1 0 0 3 基于三层结构的煤矿信息化系统研究 赵 小虎 ， 王海 波 ， 谭得 健 中国矿业 大学 信 电学 院 ， 江 苏 徐 州 2 2 1 0 0 8 摘 要 针 对煤 矿 生产 、 安 全 、 管理 的特 点 ， 文 章提 出 了基 于安 全 生产 的 E R P ／ ME S ／ P C S三层 煤矿 信 息化 框 架结构 ， 详细 分析 了每 个层 次的具 体组成 和功 能 ， 以及 实现信 息 化 的 关键 技 术 ， 为 实现信 息化 矿 山提 供 了 基础 。 关键词 煤矿 ； 信 息化 ；系统 结构 ；E R P ；ME S ；P C S 中图分 类号 T D 6 7 2 ； T P 3 9 文 献标识 码 A 0 引言 煤矿 要将大 量 的煤 炭和 矸石 从地 层深处 挖掘 运 输到 地面 ， 不仅要 使 用大量 的机 械设备 ， 而且 煤矿 生 产还 要 面对复杂 的地 质 条 件 、 地 层 压 力 、 瓦 斯 、 一 氧 化 碳 、 自燃 、 地 下 水及 煤 尘 等产 生 的 影响 。 因此 ， 煤 矿 生产过 程 不 仅 涉 及 到 人 与 设 备 和 工 艺 流 程 的 关 系 ， 而且还 涉 及到 自然 条件 的影 响 。运 用 自动 化 技 术 、 计算机技术和微 电子技术等高新技术改造传统 的煤炭工业 ， 即实现企业信息化， 对煤矿生产中的各 个生产与保障环节的主要参数进行各种各样的监测 与控制 ， 以及对煤矿地理信 息、 安全信息进行监测 ， 是 煤 矿正常 、 安全 生产 的重要 保 障 。 1 基 于三 层构架 的煤 矿企业 信息 化 系统 流程 工业计 算机 集成制 造 系统 C I MS技术 受 到 发达国家的高度重视， 被列入这些 国家的重点高技 术发 展计划 。传统 的普 渡 企业 参 考 体 系结 构 P u r d u e E n t e r p r i s e Re f e r e n c e Ar c h i t e c t u r e ， P E R A ， 将 流程 工业 C I MS体系 结构分 为过程 控 制 、 过程 优 化 、 生 产调度 、 企业 管理 和经 济决策 五个层 次 ， 该 结 构适 用 于金字 塔式 管理 模 式 ， 将 生 产过 程 的控制 与管 理 明显分开 ， 忽 视 了生 产过 程 中的物耗 、 能耗 及设 备 的 实时控 制与 管理 ， 层次 多 ， 结 构 复 杂 ， 实 现 C I MS成 本 高 ， 不 便形 成 平 台技 术 ， 不 利 于推 广 。此外 ， 对 以 安 全生 产为 首要 目标 的煤 矿 企 业 更 加 强调 “ 管 控一 体 化” ， 安全 、 生产 、 管理 应更加 紧密 地结合 在一 起 。 收稿 日期 2 0 0 5 0 8 一l l 作者 简介 赵小虎 1 9 7 6 一 ， 男， 现为 中国矿 业大学信 电学 院控 制理论与控制工程专业博士生 ， 研究方向为监测监控、 信息处理 。 本文根据煤矿企业实际安全、 生产情况 ， 将煤矿 企业信息化系统分为三个层次 资源管理层 E R P 、 生产 执行 层 ME S 、 过 程 控 制层 P C S 。 系统 结 构 图如 图 1所示 。 管理信息系统 I J _ L t 调度指挥控制中心 I 信息交换与处理中心／ 数据仓库 I ’ t J _ L 综 合 监 控 监 测 系 统 I ． t ． ．J 一 - L 上 ． L I 一 上 调 工 井 井 井 地 度 业 下 下 下 面 通 电 人 安 设 设 信 视 员 全 备 备 由 系 监 与 监 监 心 统 测 生 控 控 系 统 监 控 资源管理层 E R P 生产执行层 f M E S 1 过程控制层 P CS 图 1 基 于三层构架 的煤矿企业信息化 系统示意 图 1 ． 1过 程 控 制 层 PC S 生 产 过 程 监 测 监 控 层 由煤 矿 各 个 生 产 过 程 监 测 、 监 控 子系统 构成 ， 完成 煤炭 生产 各个环 节 的过程 监测 、 自动 化控 制 及 安 全监 测 。这 些 子 系 统 采用 的 技术 和结 构 形 式 可 以多 种 多样 ， 例 如 ， 可 以是 基 于 P C的分 布 式 系统 、 P L C系统 ， 也 可 以是智 能 化 的机 电一体 化设备 ， 通 过 总线 方 式 接 入综 合 信 息 化监 控 层 网络 。 该 层 主要 功能 是实 现对 井下各 安 全参数 的监测 和对采区工作面采煤机械、 运输机 、 提升机、 水泵 ， 及 地 面通 风机 、 选煤 厂 、 煤 炭装 车等 主要设 备 的控制 与 监测。该层还包括对煤矿地质信息的监测。 1 ． 2 生产 执行层 ME S 生产执行层是信息化系统建设 的关键层次 ， 起 到连 接过 程控制 层和 资源管 理层 的重 要作用 。 ME S A ME S国际 联合会 归 纳 了 1 1 个 主要 的 ME S功能模块 ， 包括工序详 细调度 、 资源分配和状 维普资讯 2 0 0 5年 第 6期 赵 小虎 等 基 于三层 结 构的煤 矿信 息化 系统研 究 1 1 态管理 、 生产单元分配、 过程管理、 人力资源管理、 维 护 管理 、 质量管 理 、 文 档控 制 、 产 品跟 踪 和 产 品清 单 管理、 性能分析和数据采集等模块 。 ME S国际联合会 归纳 的 1 1 个 功能 模块 主要 是 针对制 造行业 制定 的 ， 属 于 流 程 工业 的煤 矿 企业 生 产具 有 其 独特 的行 业 特 色 ， 其 ME S的 功能 组 成 模 块也不 同 。本文 根据煤 矿安全 生 产 的特 点 ， 把 ME S 划分 为 过 程控制 调度 、 安 全管理 、 地测 信息 管理 、 原 材料供 应 、 人 力 资源管理 、 维 护管 理 、 质量 管 理 、 财务 管理 、 产 品及物 料储运 等模 块 。 1 过程 控 制调 度 主要 针 对 煤 矿 生 产 各 子 系 统 的集 中监 控 ， 包 括 工 作 面 、 主煤 流 系统 、 供 电 系 统 、 排水 系 统 、 通 风 系 统 、 压风 系统 、 提 升 系统 、 洗 煤 厂 、 排矸等 。过 程控 制调 度 是 ME S层 的重 要 部 分 ， 其 实现 的好坏决 定 于各子 系统 的 自动化程 度高低 。 2 安全 管 理 主 要 监 测 与煤 矿 生 产 相 关 的安 全信息 ， 包括 环 境 监 测 瓦斯 浓 度 、 C O 浓 度 、 温 度 、 风 速 、 水 位等 、 束管 监测 等 。安 全监 测与煤 矿生 产 、 控 制调 度 息息 相 关 ， 是 ME S层 中最 具 煤 矿 特 色 的 功能模 块 。 3 地 测 信 息 管 理 指 地 测 数 据 、 图 形 综 合 管 理 ， 包 括地层 数据 、 地 质 勘探 线数 据 、 地 震 勘 探线 数 据 、 钻孔 数据 、 沉 积环境数 据 、 煤层 数据成 果 、 断层数 据、 综合资源、 测井资料、 测斜资料管理等等。也是 ME S层 中最 具煤矿 特 色 的功 能模块 。 4 原材 料供 应 主要 指 原 料 采 购 计 划 的 制定 与实施 、 辅 助原 材料计 划 的制定与 实施 、 设备 及器 件 采 购计划 的制定 与实施 、 库存 管理 等 。 5 人力资源管理 主要业务 内容为人力资源 规 划 ， 提 出组织结 构方 案 、 核 定 人 员 编制 、 制 定 工 资 标准及奖金分配方案， 考核员工的能力与表现， 进行 员工的招聘与解聘等 。 6 维护 管 理 包 括 生 产 装 置 以及 辅 助 生 产 装 置 的维 护 ， 设 备 中短期 含 月度 、 季度 和年度 检维 修 计划的编制与实施 ， 事故抢修的组织与实施 ， 设备 日 常管理 与维护 、 固定资产 管理 等 。 7 质 量管 理 主要 包 括 产 品 质量 的 分析 与监 控 、 企业 全 面质量 管理等 。 8 财务管 理 主要 包括 财 务计 划 、 成本 的核算 与监控 、 效益 的分 析与 预测 、 资金管 理 、 账 务管 理 、 资 产管 理等 。 9 产品及 物料储 运 主要 包括 原 料 、 产 品和 中 间 物料 的输 送 ， 煤 炭 储 存 的 管理 与 监 控 ， 原 料 、 产 品 的装卸 与运输 等 。 1 ． 3 资 源管理层 E R P 煤 矿企 业 E RP根 据 煤 矿 的生 产 经 营 管 理 和组 织 机 构特点 ， 采 用 以安 全 生产 和 财 务 分 析决 策 为 核 心 的整体 资源优 化技 术 。在保证 煤矿安 全生 产 的前 提下 ， 根 据 企业 的利 润指 标 确定 企 业 的标 准生 产 成 本 ， 根据 销 售合 同与 市场 预 测来 制 订 企业 的生产 计 划 。生产计 划包括 开采 计 划 、 物 料需 求 计划 、 生 产成 本计划 。然 后进行人 、 财 、 物 的整体 资源优 化分配 ， 从 而达到既要 连续 、 均 衡 地安 全生 产 ， 又要 最 大 限度地 降低原料 和备 品备 件 的库存 量 。财 务管 理 不仅 进行 会计 管理 、 成本核 算 ， 而 且通 过 财务 分析 决 策对 原 料 供应 、 产 品销售 、 原料 、 备 品备 件库 存 、 人 力 资源 进行 集成管理， 保证生产成本不超过额定的标准成本【 5 ] 。 2核 心技术 1 统 一 的综 合 网络传 输平 台 煤 矿 企业 的核 心业 务 就 是煤 炭 的 安全 生 产 ， 由 于环境 条件 的恶 劣 和危 险 ， 保 证 安 全 生产 成 为 煤 矿 企 业效 益 的最 直接 体现 。因此必 须充分 采 用先进 成 熟 的技 术 ， 基 于综 合 网 络 的 大型 开 放 式 分 布控 制 系 统 ， 实 现全矿 井监 测 、 控 制 、 管理 一体化 ， 形成 全矿 井 生产各环节的过程控制 自动化 、 生产综合调度指挥 和业务 运转 网络 化 、 行 政办 公无 纸高效 化 ， 对煤矿 生 产安 全和运 营状 况 可 实行 远 程 监 视 ， 以保证 对 全 矿 井安 全状 况和生 产 过 程进 行 实时 监 测 、 监 视 、 控 制 、 调度管理。安全、 可靠 的综合 网络传输平台是实现 煤矿企业信息化的基础。 2 统一 的数 据处 理 中心 数据 仓库 煤 炭企 业 生 产过 程 环节 众 多 ， 所 需要 的配 套 系 统 也繁杂 ， 因此 在生 产 过 程 中各个 业 务 环 节 都将 产 生 大量 的信息 ， 如果 分散 处理 ， 必将 会产 生大量 的信 息 弧岛 ， 虽然 在某个 业务 局部 会提 高效率 ， 但 其直接 后果 就是 形成 更 大的信 息壁 垒 。作 为企业 集 团化运 作 ， 其 规模效 益 的产 生就 是 要 通 过 不 同 系统 之 间 和 不 同数 据格式 之 间 的信 息 共 享 与交 换 ， 快 速 反 映企 业 经营 的方方 面 面 ， 使 得企 业 经 营 对 外能 够 快 速 响 应竞争要求 ， 提高处理突发事件的能力 ， 对内能够快 速 调配 各类 资源 ， 使得 成本 最低 ， 效果 最好 。 因此 须 构建统一的数据处理中心 ， 涵盖企业涉及的所有系 统 ， 以便为 整个企 业提 供 AS P服务 。 3 结语 煤矿企业的 E RP ／ ME S ／ P C S三层结构 的现代 集 成 制 造 系统 ， 通 过 ME S 的承 上 启 下 作用 和 网 络 维普资讯 第 6期 2 0 0 5年 l 2月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n NO ． 6 De c ． 2 0 0 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 5 0 6 1 2 0 3 基于 S t r u t s架构的 We b应用研究与实现 马正 华 ， 周重益 ， 潘 操 江苏工业学院计算机系， 江苏 常州 2 1 3 0 1 6 摘要 S t r u t s 是 当前 We b应用开发 中最为流行的框 架之一。文章分析 了传统 J s P Mo d e l 1开发模 式的 不足之处， 详细介绍了MVC模式和 S t r u t s 框架， 对 S t r u t s的体系结构和运行机制进行 了深入分析。并结合 具体 实例讨 论 S t r u t s 在 J 2 E E表 示层 设计 、 开发 和部 署 S t r u t s应 用的整 体流程 ， 最后 指 出一 些不 完善 之 处 以 及 在 实际应 用 中的改进 方法 。 关键词 We b ；s t r u t s ；mo d e l v i e w c o n t r o l l e r ；MVC 中图分 类号 T P 3 1 1 文 献标识码 B 0 引言 随着 J 2 E E J a v a 2 E n t e r p r i s e E d i t i o n 平 台 的 日趋成熟 ， 越来越多的开发人员使用 J S P技术开发 基于 J 2 E E平 台的 We b应用 。传统的开发模式是 采用 以 J S P页面 为核心 的 Mo d e l 1 ， 这种 模型 的好 处 是简 单 ， 能很 好 地满 足 小 型 应用 的需 要 。但 是 随 着 应用 规模 的不断 扩展 ， 这种 开 发 模式 暴 露 了很 多 的 不足之处 ， 主要表现在表示逻辑和业务逻辑的强耦 合 ， 不利 于应用扩 展和 更新 。 MVC Mo d e l Vi e w - C o n t r o l l e r 设 计 模 式 能 很 好地 实现 表示逻 辑 和业 务 逻 辑 的有 机 分离 。S t r u t s 是 一 个 基 于 MVC 模 式 的 W e b F r a me w o r k ， 它 为 J a v a W e b应用开发 提供 了健 壮 、 可扩 展 的应用 开 发 框架 。尤 其适 用于 开发大 型可 扩展 的 We b应 用 ， 使 得 开发人 员可 以把精 力集 中在 如何解 决实 际业务 问 题 上 。此外 ， S t r u t s 框架提 供 了许多供 扩展 和定 制 收稿 日期 2 0 0 5 一O 8 2 3 的地方 ， 应用程序可以方便地扩展框架 ， 更好地适应 用户 的实 际需求 。 1 MV C模式及 Mo d e l 2框 架 1 ． 1 M VC 概 述 MVC 设 计 模 式 是 将 应 用 程 序 分 为 模 型 Mo d e 1 、 视 图 Vi e w 和 控 制 器 C o n t r o l l e r 3个 部 分 ， 以提高 应用 程序 的可扩 展性 。 1 视图 是模 型 的表 示 ， 用 于 表 示 逻辑 ， 典 型 的 V i e w视 图层 由 HT ML和 J S P页面和 J a v a S c r i p t 组成 。 2 模 型封 装 系统 中 的业 务 逻 辑 ， 通 常 由J a v a B e a n 和 E J B组件 实现 。 3 控 制器 是 模 型 和 视 图 之 间 沟通 的桥 梁 ， 它 可以分派用户的请求并选择恰 当的视图显示 ， 同时 它 也可 以解 释用户 的输入 并将 它们 映射 为模 型层 可 执行 的操 作 。控制 器通 常是 一个 J a v a S e r v l e t 。 1 ． 2 Mo d e l 2框 架 使 用 J S P技 术 开 发 应 用 程 序 一 般 基 于 两 种 框 架 ， Mo d e l 1和 Mo d e l 2 。在 Mo d e l 2中， 由一个专门 与数据库支撑系统 ， 将 E R P系统和 P C S系统集成 ， 实现经 营决 策 、 安 全生 产 过 程 管理 和 过 程 控制 的信 息集 成 。 E RP的生产 计 划 通 过 ME S的过 程 控 制 调 度 、 安全 管理等 系统 和 P C S的生 产 过程 、 安 全 数据 采 集 系统相集成 ， 使煤矿生产管理现代 化， 提高生产 效 率， 提供更有效的安全保障。 参考文献 [ 1 ] 胡省三 ， 谭得健 ， 丁恩杰 ， 等． 应用高新技 术改造传统煤 炭工业[ J ] ． 中国煤炭 ， 2 0 0 2 ， 3 2 8 5 ～l 1 ． [ 2 ] 王凌 ， 王雄 ， 金以慧 ， 等． 流程工业 C I MS体系结构 的探讨[ J ] ．自动化博览 ， 2 0 0 0 ， 1 3 8 ～4 0 ． [ 3 ] 柴天佑． 流程工业信息化 的发 展状况 及对策 [ J ] ．中国 制造业信息化 ， 2 0 0 3 ， 5 3 O ～3 4 ． [ 4 ] 丁恩杰 ， 马 方清． 监 控系统 与现场 总线 [ M] ．徐州 中 国矿业大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． I S ] 柴天佑 ， 李小平 ， 周晓杰 ， 等． 基于三层结构的金矿企业 现代集成 制造 系统 [ J ] ．控制 工程 ， 2 0 0 3 ， 1 1 0 1 8 ～ 22 ． 维普资讯