将EAI技术应用于煤矿的通风安全智能监测系统中

引言

EAI的概念在IT界提出和讨论已经有几年的历史了，最初大家谈到的EAI的概念，相对后来EAI的发展来看，可以说是一个狭义上的EAI，即企业应用整合，仅指企业内部不同应用系统之间的互连，以期通过应用整合实现数据在多个系统之间的同步和共享。伴随着EAI技术的不断发展，它所被赋予的内涵变得越来越丰富。现在大家谈到的EAI的概念，具有更为广义的内涵，它已经被扩展到业务整合的范畴，业务整合相对EAI来说是一个更宽泛的概念，它将应用整合进一步拓展到业务流程整合的级别。

业务整合不仅要提供底层应用支撑系统之间的互连，同时要实现存在于企业内部应用与应用之间，本企业和其他合作伙伴之间的端到端的业务流程的管理，它包括应用整合，B2B整合，自动化业务流程管理，人工流程管理，企业门户以及对所有应用系统和流程的管理和监控等方方面面。所谓的EAI，就是企业应用集成，它一种解决思路，来解决企业的不同应用系统间互连互通的集成问题。至于实现这种思路的方式具体怎样，并没有权威的标准或规定，但中间件是最常见的技术手段，即为应用系统之间提供整合中间件。

基于中间件的EAI解决方案通常有4类：业务过程集成、应用集成、数据集成及平台集成。通过以上集成，EAI技术层次体系最下面的一层是应用接口层，它要解决的是应用集成服务器与被集成系统之间的连接和数据接口的问题。再往上去就是应用整合层，它要解决的是被集成系统的数据转换问题，通过建立统一的数据模型来实现不同系统间的信息转换。应用整合层之上是流程整合层，它将不同的应用系统连接在一起，进行协同工作，并提供商业流程管理的相关功能，包括流程设计、监控和规划，实现业务流程的管理。本文就以某煤矿的通风安全智能监测系统为例，介绍EAI技术在煤矿智能监测系统中的应用。

1 某煤矿通风安全情况简介

某煤矿属低瓦斯矿井，但局部有时会出现瓦斯涌出异常现象，煤尘具有爆炸性，而且矿井一直受到煤层自燃的严重威胁，通风安全问题十分重要。目前该煤矿采用的安全监测系统主要有KJ95系统和束管监测系统。确保矿井安全生产，井下环境监测需设一套束管监测系统，主要利用红外技术对井下气体成份的分析，实现CO、CO2、CH4、O2、N2（计算值）等气体含量的24小时在线连续监测，对其含量变化情况进行预测。系统采用高精度、低漂移的气体分析仪，能够在早期监测到自燃的临界点。

KJ95系统是由天地科技股份公司常州自动化分公司开发的，主要用于对瓦斯、风速、负压、温度、一氧化碳等环境参数实时采集、处理、存储、显示，并具有超限报警的功能。该系统使用的数据库为access，无法实现数据库共享。束管监测系统主要功能是监测井下的气体成分和含量，是该煤矿用于早期预报煤炭自燃火灾的一种主要方法。该煤矿的束管系统现有3台气体分析仪，束管系统抽取出来的气体经气体分析仪分析后，其中一台可将分析结果以文本文件的方式保存下来，另外2台气体分析仪得到的分析结果由操作员手工记录，但现在的处理方式均为由操作员手工填写表格并送到相关部门并存档。

因为，在现存的这两类实时监测系统中，时刻都有大量的数据和信息需检查和处理，当紧急事件发生或是需要对历史数据和信息进行分析时，海量的数据往往使操作人员难以适从；此外，如果某些设备的零件出了毛病，也很难迅速进行检查、判断、并排除故障。

综上所述，该煤矿现在存在如下主要问题：

（1）多系统并存但互不兼容，缺乏有效的集成；

（2）对井下实际情况的判断依然依赖于个人经验，缺乏科学的判断依据；

（3）依然是通过对单一参数的判断实现超限报警，有时并不是真实情况的反映；

（4）紧急事件发生时，缺乏有效的专家指导。

2 针对系统存在问题的解决方案

针对该煤矿存在的问题，我们提出两种解决方案，一是重新开发新监控系统，合理组织系统流程，实现更全面的数据收集、更准确的监控预警，但该方案投资非常大，周期较长；另一种方案是在现有系统基础上进行系统集成，保护煤矿的已有投资，该方案开发周期短，投资小，但对现有系统流程基本没有改进。在和矿方对两种方案进行了比较分析之后，我们决定最大限度的保护矿方投资，采用第二种方案。确立系统目标如下：

（1）建立该煤矿的火灾预警专家知识库；

（2）将该煤矿现有的KJ95系统和束管系统集成，采集瓦斯、CO、风速、负压等相关数据；

（3）建立超媒体实时显示系统，显示并结合专家经验对采集到的数据进行综合判断，真正实现火灾预警，并给出专家处理建议。

通过考察国内外市场上的智能监控与报警系统后，本课题决定采用具有智能监测监控功能的软件平台INTEMOR。它几乎是国际最新研究开发潮流的代表。该系统特别强调如下三方面的集成：公有知识与私有知识的集成；人类智慧与机器智慧的集成及新发明创造与现有技术的集成。在对集成的技术实现中，因为选用了INTEMOR作为平台，所以在对该煤矿的智能通风系统进行二次开发时，它只要从已有的DCS通讯网络获得数据，便可进行高一层次的综合和处理，而不改变使用人员已经熟悉的操作程序和规则。

DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。即只是从高层次进行监督和预报，因而可达到更好的控制与管理的综合效果。

3 通风安全监测系统组成

我们所设计的系统结构主要由两大部分组成：（1）将分散在该煤矿的各种监测系统中的与通风安全有关的有效数据进行综合分析、抽取的数据挖掘系统；（2）INTEMOR智能监测系统。这两个子系统紧密结合构成了该煤矿智能通风安全监测INTEMOR系统的总体。

4 EAI技术在智能监测系统中的应用

INTEMOR系统是一种具有开放体系的智能专家系统开发工具，既可根据用户特殊的需求，独立开发解决具体问题的软件，然后嵌入到INTEMOR系统中，成为INTEMOR系统的一部分。也可以将其它系统通过级联的方法集成进INTEMOR系统。

4.1 KJ95系统与束管系统的数据集成

图1 现有系统与INTEMOR系统集成方案

在设计数据挖掘系统时，为了不影响这两套系统的正常运行，我们选择了数据集成的方式（如图1），经与KJ95系统的开发商协商，采用如下方法：开发商将KJ95数据库转换为文本文件，实时更新，我们从该文本文件中按一定规则提取有关瓦斯、一氧化碳等相关气体的数据；因进行束管系统气体检测的部门所用微机能上网，因此我们为其设计一登录录入网页，按气体分析人员习惯的表格方式提供录入页面，分析结果录入提交后传至INTEMOR服务器上，并将结果添加到共享数据库。这样，共享的数据库中便集成了两个系统中需要监测的气体数据。

在系统开发中，因为原来的KJ95系统仍然要正常运行，因此我们必须将共享数据库中的数据读到另一台机器上（也就是INTEMOR系统的数据库服务器）。我们采用的方法是：利用ADO技术，ADO （ActiveX Data Objects） 是一个用于存取数据源的COM组件。它提供了编程语言和统一数据访问方式OLE DB的一个中间层。允许开发人员编写访问数据的代码而不用关心数据库是如何实现的，而只用关心到数据库的连接。访问数据库的时候，关于SQL的知识不是必要的，但是特定数据库支持的SQL命令仍可以通过ADO中的命令对象来执行。

ADO被设计来继承微软早期的数据访问对象层，包括RDO （Remote Data Objects） 和DAO（Data Access Objects）。通过配置路径将共享数据库和INTEMOR服务器连接起来，按设定的采集间隔将数据读到INTEMOR服务器中，并保存到SQL SERVER2000数据库中。从而实现将INTEMOR 数据库服务器与数据挖掘系统的共享库、以及通过共享库与该煤矿原有的DCS系统进行了无缝连接，较好地解决了数据集成。

4.2 知识库系统与超媒体显示系统集成

由于选用的INTEMOR系统是具有因特网通讯功能和实时控制功能的专家系统，它附带内嵌的专家系统开发工具，因此我们可以非常方便地构造知识库，通过知识库，使得系统能够向操作和管理人员提供智能决策支持。

图2 INTEMOR软件结构框架

由图2可以看到，当采集到的数据读到INTEMOR服务器后，INTEMOR数据库服务器负责分发数据，一方面把数据送到INTEMOR实时数据显示模块；另一方面把数据存储到数据库中，供INTEMOR远程监控模块使用。而INTEMOR专家系统开发工具负责开发事故预报专家系统，供INTEMOR实时数据显示模块预报和监督事故的发生。

知识获取和INTEMOR系统专家知识库的建立是INTEMOR系统成功应用的关键。因此，我们在开发监测系统前非常注意专家知识的获取。重点收集反映生产状态异常的专家知识、预报和处理事故的专家知识。收集到专家知识后，填写专家知识获取表格，确定事故发生的条件、事故症状以及事故导致的后果，进一步确定事故的起因和处理事故应采取的方法及手段。

我们采用INTEMOR系统内嵌的专家系统开发工具（KB Builder），进行INTEMOR知识库的创建。在知识库的创建过程中，我们对各个工区分别独立进行了专家库的开发，然后将这些独立的知识库根据管理体系进行整合，这样做的目的是考虑到INTEMOR智能检测系统投入正常运行后，它将该单位不同的检测系统集成在一起，形成一个统一的检测预报体系，专家库的相对独立有利于提高INTEMOR驱动器（Driver）和数据处理器（DDP）的处理速度，同时方便以后的扩展。

在INTEMOR系统运行环境下，实时数据、信息和知识通过数据库、知识库和超媒体在线操作手册连接在一起。INTEMOR超媒体显示系统是一个展示和解释这些数据、信息和知识的强有力的工具。它能够显示在线实时数据并用这些数据作图，而且可以读取和显示HTML（超文本格式语言）和XML文件。HTML是一种规范，一种标准，它通过标记符号来标记要显示的网页中的各个部分。网页文件本身是一种文本文件，通过在文本文件中添加标记符，可以告诉浏览器如何显示其中的内容（如：文字如何处理，画面如何安排，图片如何显示等）。

浏览器按顺序阅读网页文件，然后根据标记符解释和显示其标记的内容，对书写出错的标记将不指出其错误，且不停止其解释执行过程，编制者只能通过显示效果来分析出错原因和出错部位。但需要注意的是，对于不同的浏览器，对同一标记符可能会有不完全相同的解释，因而可能会有不同的显示效果。模块的设计思想是，在矿级总图上级联生产工区分图，在生产工区分图上级联工艺图。矿级总图侧重全矿概况及宏观生产信息的发布，工区分图侧重工区生产流程及其信息的发布，工艺图的设计力求详细，对本工序各种关键工艺参数都能进行专家级的监控。

5 结束语

该系统在现有系统上集成开发，新系统不影响现行系统的运行，从而有效地保护了用户的原有投资；实现了已有系统与束管监测系统集成及数据共享（包括温度、一氧化碳、瓦斯、风速等多种参数的检测），使可供分析的数据更及时全面；实现专家知识库和智能监测系统的集成，使得对矿井通风系统的安全监测与隐患分析都更准确有效。