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基于矿鸿操作系统的采煤机远程监控系统软件设计
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摘要：针对采煤工作面高效开采的需求、采煤机远程监控软件产品的缺乏，以及不同厂商设备接口与通信协议的不同，提出了一种基于矿鸿操作系统的采煤机远程监控系统软件设计方案。该方案中采用了矿鸿操作系统统一的通信接口协议——MDTP协议，能使基于矿鸿操作系统下的不同厂商设备实现高效通信、高效协同。
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在2023年,中国煤炭行业的发展显示出一些显著的特征｡延续煤炭行业的生产保供政策,借助前期投放的先进产能贡献,国内煤炭产量实现了快速增长｡全年实现的煤炭产量达到了46.6亿t,同比增加了2.9%,日均产量达到了12.76Mt,这一数字创下了国内历史的最高水平,煤炭仍然保障着国民经济的快速发展｡
采煤机作为煤矿生产的主要设备之一,其运行状态､安全性､自动化及智能化程度和煤矿的生产效率､生产安全､智能化程度息息相关｡实现采煤机自动化的关键点之一就在于可靠且具有业务针对性的远程监控系统｡采煤机种类繁多,一般的工业组态软件缺乏井下煤矿开采的行业针对性,不同厂商的设备接口与通信协议不相同[1-2]｡本文在矿鸿操作系统的基础上,以MDTP､NAIP作为关键技术,设计了一种采煤机远程监控系统的软件程序,旨在实现采煤机的实时监控､预警报警､远程控制等功能,以便安全人员观测[3],提高煤矿生产的智能化水平｡
1、采煤机远程监控系统软件的开发环境
1.1开发平台简介
鸿蒙操作系统自2019年免费开源以来,一直受到国内外广大程序开发者的欢迎与研究｡鸿蒙操作系统作为国人自主研究的第一套操作系统,对国内互联网行业有着不可比拟的重要作用[4]｡矿鸿操作系统架构共有4层:①内核层采用多内核设计,支持针对不同资源受限装备选用适合的OS内核;②系统基础服务层为核心能力集合,通过框架层对应用程序提供服务;③框架层提供多语言的用户程序框架和Ability框架;④应用层包括系统应用和第三方应用,支持跨设备调度与开发[5]｡
1.2通信协议
本文采煤机远程监控系统软件通过矿鸿操作系统自带的MDTP通信协议使得基于矿鸿生态的不同厂商的不同设备具备统一的通信协议,提升了不同设备间的交互通信､协同配合能力｡同时,通过NAPI框架调用C\C++代码和C\C++库对不同协议的报文进行协议转换,将不同形式的报文转换为Json格式,以便于在前端画面上展示｡
(1)NAPI框架
该软件设计使用NAPI的目的是方便ArkTs脚本与C/C++库间的互相调用｡系统设计的PLC与矿鸿模组的通信方式:在局域网内以ModbusTCP协议从PLC上获取到相关数据,由矿鸿模组上的C/C++库和脚本将获取到的ModbusTCP信息转化为MDTP协议格式和Json格式分别发送给上位机和矿鸿前端程序｡其他矿鸿生态设备在工业环网内也可通过MDTP协议获取到相关数据｡软件为实现在矿鸿操作系统上ArkTs脚本与C/C++库间互相调用的功能,综合考虑维护工作量､维护成本､稳定性等相关因素,最终决定使用NAPI框架作为ArkTs脚本与C/C++库间的通信框架｡
NAPI通常指的是Node.js的NativeAbstractionsforNode.js,是一个应用程序二进制接口(ABI)｡NAPI的概念源自Node.js,为了实现JavaScript脚本与C/C++库之间的相互调用,Node.js对V8引擎的API做了一层封装,称为NAPI｡本文中的NAPI特指OpenHarmony的NAPI｡与传统的Node.js的NAPI相比,OpenHarmony系统沿用了NAPI的接口定义形式,但每个接口的内部实现都进行了重写｡
(2)MDTP协议
MDTP协议是一种基于传输层的多点数据传输协议,作为矿鸿操作系统的核心技术之一,打破了煤矿设备间的壁垒,成功实现了不同厂商设备间的互联互通｡该协议适用于局域网､广域网､互联网等各种网络环境｡
MDTP协议主要包括以下组成部分:①传输层协议基础MDTP协议标准采用传输层协议,如传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)等,以确保数据传输的可靠性和高效性,为MDTP提供了数据传输的底层支持;②多点数据传输机制MDTP协议支持多点数据传输机制,能够在一个网络中实现多个节点的数据传输,可以简化网络拓扑结构,提高数据传输效率;③错误检测和恢复机制MDTP协议通过一系列的错误检测算法和恢复策略,能够检测并恢复传输过程中的错误,确保数据传输的可靠性;④安全性机制MDTP协议支持安全性机制,如加密和身份认证等,以确保数据传输的安全性,有助于保护数据本身在传输过程中不会遭到篡改或窃取;⑤与其他协议的转换与集成在实际应用中,MDTP协议可能需要与其他协议进行转换或集成,例如有一种矿鸿MDTP协议与TCP及串口协议转换方法,通过在TCP及串口协议中添加负载均衡器来有效地分担服务器的压力,提高整体系统的性能和伸缩性｡
2、软件设计
(1)软件功能
该软件功能如图1所示,主要包括:
①具有采煤机采高､行走位置､电流和电压等相关参数的检测功能,具有采煤机牵引方向､加减速､启停等高精度控制功能,硬件产品满足井下实际工况使用要求;
②具备可配置复杂工艺程序的记忆截割功能,能满足不同工作面的采煤工艺要求;
③集控中心的采煤机远程监控箱可以通过ModbusTCP､CANopen协议与安装在集控站的矿鸿模组通信,由矿鸿模组转换为矿鸿协议与采煤机及其他设备通信;
④实现了基于新系统架构下采煤机系统与集中控制系统的物物连接､软总线处理､数据采集､数据处理､数据分析､安全管控和异地干预等功能｡
图1软件功能框图
(2)软件架构
该软件的总体架构如图2所示｡
图2软件总体架构
(3)前端画面
采煤机远程监控系统软件的前端画面的主要功能是为操作人员提供采煤机运行时的各项数据展示,如牵引速度､采煤机位置及左､右滚筒采高等数据,并与遥控器､端头站等一同组成了软件的人机交互系统,可以对采煤机相关参数进行设置调整｡该软件的数据监测主页面和系统参数设置页面分别如图3､图4所示｡
图3数据监测主页面
图4系统参数设置页面
3、现场测试效果
通过对该软件的部署和测试,采煤机､液压支架和刮板输送机等设备之间的协同工作更加快捷高效｡在开放权限的情况下,各设备间的数据可直接互通,进一步提升不同设备的协同效率,增加参与协同工作的设备数量｡参与协同工作的设备数量的提升,得益于矿鸿模组和系统统一的通信协议及可进行分布式部署的特点｡安装矿鸿模组和系统后协同工作的数据处理及信号处理就可由矿鸿模组上的程序进行,同时每个模组需要获取的数据量和数据处理量与上位机相比大大降低,在同等性能下提升了设备的协同效率与可参与协同的设备数量,提升了采煤工作面的自动化､智能化水平｡
4、结语
在煤矿井下工作往往伴随着煤尘､瓦斯和冲击地压等灾害的威胁,对煤矿井下工作人员的生命安全造成巨大影响[6]｡本文基于矿鸿操作系统设计了一种采煤机远程监控系统的软件程序｡该系统通过实时采集采煤机的运行数据,实现远程监控､预警报警､远程控制等功能,各种事故隐患可以被快速识别,能够保证设备安全可靠运行[7],为煤矿行业的智能化管理提供了有力支持｡未来,随着煤矿行业的不断发展和技术进步,采煤机远程监控系统将继续发挥重要作用,为煤矿生产的智能化和数字化转型贡献力量｡
参考文献:
[1]王桂梅,张立鹏.基于组态技术的采煤机自动控制系统设计[J].煤炭技术,2015,34(9):242-243.
[2]李重重,刘清,刘军锋,等.面向综采工作面的自动化软件设计与应用[J].工矿自动化,2023,49(3):124-130.
[3]杜菲,刘沫,马天兵.采煤机变频器故障诊断与维修软件开发[J].煤炭技术,2012,31(8):12-13.
[4]欧建深.开源开放地构建OpenHarmony[J].软件和集成电路,2021(6):28-29.
[5]郭德财,彭石林.基于海思芯片与鸿蒙操作系统的智慧灌溉系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2022,22(3):11-15.
[6]赵亦辉,孙永锋,吴振,等.基于Fins/UDP通信协议的采煤机远程监控系统研究[J].煤炭技术,2024,43(7):258-261.
[7]薛夫振,童敏明.基于组态软件的悬臂式掘进机远程监控系统设计[J].煤矿机械,2010,31(12):135-136.
文章来源:王嘉栋,宋冰清,王盛荣,等.基于矿鸿操作系统的采煤机远程监控系统软件设计[J].煤矿机械,2025,46(04):216-218.
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2025-04-07
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期刊名称：煤炭技术
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主管单位：黑龙江科技大学
主办单位：哈尔滨煤矿机械研究所
出版地方：黑龙江
专业分类：煤矿
国际刊号：1008-8725
国内刊号：23-1393/TD
邮发代号：14-252
创刊时间：1982年
发行周期：月刊
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2025-04-02
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