智能化矿山通信接口与协议技术规范研究_丁震.pdf

智能化矿山通信接口与协议技术规范研究丁震1，孙继平2，张帆2，王鹏3，胡而已3，邓文革4，高静4，郑耀涛4，王波5，高秋秋5，李系民6，钱海军7，柳建华8，乔少利8，鲍震9，杨永生10，杨振宇11，李玉雪2，李昱翰2，邵光耀2（1.国家能源集团公司煤炭与运输产业管理部，北京100013；2.中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京100083；3.应急管理部信息研究院，北京100029；4.国家能源集团信息公司，北京100011；5.国家能源集团神东煤炭集团公司，陕西榆林719315；6.国能准能集团有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯010300；7.国家能源集团乌海能源有限责任公司，内蒙古乌海016000；8.国能榆林能源有限责任公司，陕西榆林719000；9.国能智深控制技术有限公司，北京102211；10.煤炭科学研究总院有限公司，北京100013；11.精英数智科技股份有限公司，山西太原030006）摘要：目前矿山智能化建设存在接口协议不统一、易形成新的“信息孤岛”等问题，导致矿山数据融合共享难度大，难以实现智能化矿山高质量发展。分析指出矿山智能化建设的关键问题在于缺乏规范统一的数据采集、传输与共享标准；按照核心规范、应用规范、运维规范，设计了智能化矿山通信接口与协议技术体系；提出了智能化矿山通信接口与协议模型，定义了该模型的感知层、传输层、应用层；构建了智能化矿山设备模型，对通信接口进行形式化描述；将智能化矿山数据分为感知数据、文本数据和音视频数据，定义了 3 种数据的报文结构；根据目前矿山设备、技术应用情况和发展方向，将智能矿山数据采集方式分为设备直接采集、协议转换采集、系统中转采集，给出了 3 种数据采集方式的适用场景，并描述了感知数据、文本数据、音视频数据的采集和传输过程。智能化矿山通信接口与协议技术规范全域覆盖矿山数据融合通信的整个过程，旨在为智能化矿山数据采集、传输、融合、共享提供统一的接口方式和通信协议规范，实现矿山各系统之间的互联互通。关键词：智能化矿山；通信接口；通信协议；数据融合共享；感知数据；文本数据；音视频数据中图分类号：TD67文献标志码：AStudyonthetechnicalspecificationofcommunicationinterfaceandprotocolforintelligentmineDINGZhen1,SUNJiping2,ZHANGFan2,WANGPeng3,HUEryi3,DENGWenge4,GAOJing4,ZHENGYaotao4,WANGBo5,GAOQiuqiu5,LIXimin6,QIANHaijun7,LIUJianhua8,QIAOShaoli8,BAOZhen9,YANGYongsheng10,YANGZhenyu11,LIYuxue2,LIYuhan2,SHAOGuangyao2(1.CoalandTransportationIndustryManagementDepartment,CHNEnergy,Beijing100013,China；2.SchoolofMechanicalElectronicandInformationEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology-Beijing,Beijing100083,China；3.InformationInstitute,MinistryofEmergencyManagementofthePeoplesRepublicofChina,Beijing100029,China；4.CHNEnergyInformationCorporation,Beijing100011,China；5.CHNEnergyShendongCoalGroupCo.,Ltd.,Yulin719315,China；6.CHNEnergyZhunnengGroupCo.,Ltd.,Erdos010300,China；7.CHNEnergyWuhaiEnergyCo.,Ltd.,Wuhai016000,China；8.CHNEnergyYulinEnergyCo.,Ltd.,Yulin719000,China；9.CHNEnergyZhishenControlTechnologyCo.,Ltd.,Beijing102211；10.CCTEGChineseInstituteofCoalScience,Beijing100013,China；11.EliteDigitalIntelligenceTechnologyCo.,Ltd.,Taiyuan030006,China)Abstract:Atpresent,therearesomeproblemsintheconstructionoftheintelligentmine,suchasthenon-收稿日期：2022-11-29；修回日期：2023-02-10；责任编辑：李明。基金项目：国家自然科学基金资助项目（52274159）。作者简介：丁震（1980），男，山西万荣人，高级工程师，主要从事煤矿机电技术、煤矿智能化、露天矿卡车无人驾驶方面的研究及管理工作，E-mail:。引用格式：丁震，孙继平，张帆，等.智能化矿山通信接口与协议技术规范研究J.工矿自动化，2023，49（2）：6-13.DINGZhen,SUNJiping,ZHANGFan,etal.StudyonthetechnicalspecificationofcommunicationinterfaceandprotocolforintelligentmineJ.JournalofMineAutomation，2023，49（2）：6-13.第49卷第2期工矿自动化Vol.49No.22023年2月JournalofMineAutomationFeb.2023文章编号：1671251X（2023）02000608DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.18061uniforminterfaceprotocolandtheformationofnewinformationisland.Theyleadtothedifficultyofdatafusionandsharinginminesandthedifficultyofrealizingthehigh-qualitydevelopmentofintelligentmine.Itispointedoutthatthekeyproblemofmineintelligentconstructionliesinthelackofstandardizedandunifieddataacquisition,transmissionandsharingstandards.Accordingtothecorespecification,applicationspecification,andoperationandmaintenancespecification,thetechnologysystemofintelligentminecommunicationinterfaceandprotocol is designed.The communication interface and protocol model of intelligent mine is proposed.Theperceptionlayer,transmissionlayerandapplicationlayerofthemodelaredefined.Themodelofintelligentminingequipmentisconstructed,andthecommunicationinterfaceisdescribedformally.Theintelligentminedataisdividedintoperceptiondata,textdataandaudio-visualdata.Themessagestructuresofthethreekindsofdataaredefined.Accordingtothecurrentminingequipment,technologyapplicationanddevelopmentdirection,theintelligent mine data acquisition modes are divided into equipment direct acquisition,protocol conversionacquisition,andsystemtransferacquisition.Theapplicationscenariosofthreedataacquisitionmodesarepointedout.Theacquisitionandtransmissionprocessofperceptiondata,textdata,andaudio-visualdataaredescribed.Thetechnicalspecificationofintelligentminecommunicationinterfaceandprotocolcoversthewholeprocessofminedatafusioncommunication.Itprovidesunifiedinterfacemodeandcommunicationprotocolspecificationforintelligent mine data acquisition,transmission,fusion and sharing.And it realizes interconnection andintercommunicationamongvarioussystemsofthemine.Key words:intelligentmine;communicationinterface;communicationprotocol;datafusionandsharing;perceptiondata;textdata;audio-visualdata 0引言目前，工业物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术与矿山智能化建设相结合，有力推动了矿山智能化技术发展1-4。但我国智能化矿山建设仍处于初级阶段，大多数矿山企业信息系统的开放性、兼容性和可靠性差，设备通信接口与协议不开放，传输内容和格式不统一，易形成新的“信息孤岛”，企业在生产、安全、经营、管理过程中难以实现真正的数据共享和互联互通4-6。矿山智能化建设面临数据融合共享难等技术挑战。工业网络生产场景包含多种用于监测和控制的终端节点，需保证在工矿条件复杂、环境恶劣情况下可靠运行，对数据采集、传输过程中设备连接、通信的性能要求非常高7。国际上针对工业领域各种通信 接 口 与 协 议 的 标 准 规 范 众 多，如 IEC 61158Profinet，ETG1000EtherCAT 等，国内有 GB/T279602011以太网 POWERLINK 通信行规规范、GB/T33863.12017GB/T 33863.82017 OPC 统 一 架构等。但针对矿山行业的实用性标准很少。矿山生产环境、工艺特殊，许多企业尝试制定相关标准，但往往出于商业目的，存在很大局限性，标准通用性差，实用性不强，影响力不高，应用效果不佳。非标准化接口与协议仍是矿山企业实现数据融合共享的主要瓶颈，矿山智能化建设的关键问题在于缺乏规范的数据采集、传输与共享标准。因此，有必要进行智能化矿山通信接口与协议规范研究，统一矿山数据采集、传输、协同共享过程中的接口方式和通信协议，明确不同协议之间的转换规则，从而解决目前矿山企业存在的“数据壁垒”、“信息烟囱”等难点和痛点问题7-8。为了满足数据采集、传输与共享需求和应用实施要求，本文按照核心规范、应用规范