導(dǎo)語(yǔ)：煤礦安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)回放系統(tǒng)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了使煤礦監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室回放，分析現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)存在問(wèn)題，或模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，構(gòu)建了基于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)；通過(guò)對(duì)來(lái)自于井下硬件設(shè)備的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，選取某段時(shí)間內(nèi)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)再次數(shù)據(jù)輸入、處理、回放演練，有效查找系統(tǒng)存在的各類問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)；原始數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)輸入；數(shù)據(jù)回放

隨著煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案[1]（煤安監(jiān)函〔2016〕5號(hào)）的逐步完成，對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和指標(biāo)要求大幅提升，系統(tǒng)整體架構(gòu)在復(fù)雜性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了以往系統(tǒng)。系統(tǒng)故障點(diǎn)也會(huì)隨之增多，出現(xiàn)問(wèn)題的故障率也會(huì)增加，有些問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境下很難及時(shí)找出問(wèn)題根源及解決方案。這就需要系統(tǒng)具備一個(gè)數(shù)據(jù)回放的機(jī)制，實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，把該段時(shí)間內(nèi)的原始數(shù)據(jù)文件拷貝出來(lái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境把原始數(shù)據(jù)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)軟件再次進(jìn)行處理、顯示，達(dá)到數(shù)據(jù)回放的效果，真實(shí)再現(xiàn)某段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的真實(shí)狀態(tài)和過(guò)程。從而可以分析井下設(shè)備上傳數(shù)據(jù)的正確性、穩(wěn)定性，分析上位機(jī)軟件統(tǒng)計(jì)、顯示的正確性以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境調(diào)試、壓力測(cè)試等操作。為此結(jié)合實(shí)際應(yīng)用就如何在監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放、如何有效解決現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題、如何通過(guò)回放系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)壓力測(cè)試以及如何通過(guò)回放系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的功能性測(cè)試展開論述。

1數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)

數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)的收集與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的清洗與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)輸出、監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件數(shù)據(jù)演練等過(guò)程。1）原始數(shù)據(jù)采集。原始數(shù)據(jù)是來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)井下硬件的真實(shí)數(shù)據(jù)，如何連續(xù)不間斷的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)[2-4]，需要一個(gè)詳細(xì)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)不斷地采集硬件設(shè)備運(yùn)行、環(huán)境監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)，在監(jiān)控系統(tǒng)收到原始數(shù)據(jù)的同時(shí)，可將數(shù)據(jù)輸出到文本文件，進(jìn)行永久存儲(chǔ)。由于原始數(shù)據(jù)隨著井下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的增多會(huì)大幅增加，考慮按小時(shí)生成原始數(shù)據(jù)文本文件。同時(shí)由于長(zhǎng)期運(yùn)行輸出文件會(huì)占用大量的硬盤空間，考慮通過(guò)定時(shí)清理的方式，滾動(dòng)刪除某一時(shí)間點(diǎn)之前的文本文件，保留近一段時(shí)間內(nèi)的文本數(shù)據(jù)，同時(shí)作為日志系統(tǒng)使用。2）數(shù)據(jù)清洗模塊。由于存儲(chǔ)的原始數(shù)據(jù)樣本可能包含信息類型、時(shí)間戳等信息，在原始數(shù)據(jù)樣本輸入到監(jiān)控系統(tǒng)之前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換[5]操作，將文本文件中的記錄數(shù)據(jù)完全轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需要的滿足協(xié)議要求的數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證清洗、轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的正確性、完整性。數(shù)據(jù)清洗轉(zhuǎn)換流程如圖1。3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程主要是將數(shù)據(jù)清洗之后，把滿足要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件進(jìn)行處理。該模塊主要涉及數(shù)據(jù)的讀取，基于UDP的數(shù)據(jù)發(fā)送體系的建立，按一定周期不間斷地將數(shù)據(jù)輸出給監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)處理系統(tǒng)。

2系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1）Socket網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)時(shí)，由于TCP/IP的核心內(nèi)容被封裝在操作系統(tǒng)中，如果應(yīng)用程序要使用TCP/IP，可以通過(guò)系統(tǒng)提供的TCP/IP的編程接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。在Windows環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序編程接口稱作WindowsSocket。為了支持用戶開發(fā)面向應(yīng)用的通信程序，大部分系統(tǒng)都提供了1組基于TCP或者UDP的應(yīng)用程序編程接口[6]（API），該接口通常以1組函數(shù)的形式出現(xiàn)，也稱為套接字（Socket）。數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)軟件的過(guò)程中使用該技術(shù)，通過(guò)UDP的方式把數(shù)據(jù)直接拋給上位機(jī)軟件進(jìn)行處理，該種方式也是跟井下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與上位機(jī)軟件的通訊方式保持一致。真實(shí)模擬系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊。2）多線程技術(shù)。多線程是指從軟件或者硬件上實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行的技術(shù)。具有多線程能力的計(jì)算機(jī)因有硬件支持而能夠在同一時(shí)間執(zhí)行多于1個(gè)線程，進(jìn)而提升整體處理性能。具有這種能力的系統(tǒng)包括對(duì)稱多處理機(jī)、多核心處理器以及芯片級(jí)多處理或同時(shí)多線程處理器。在1個(gè)程序中，這些獨(dú)立運(yùn)行的程序片段叫作“線程”（Thread），利用它編程的概念就叫作“多線程處理（Multithreading）”。具有多線程能力的軟件系統(tǒng)因?yàn)槟軌蛲粫r(shí)間執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，進(jìn)而提升軟件整體處理性能。數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中為了模擬井下多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的并發(fā)上傳，采用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)原始數(shù)據(jù)文件的并發(fā)處理與轉(zhuǎn)發(fā)。

3數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)應(yīng)用

1）安全生產(chǎn)實(shí)踐。在煤礦現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中時(shí)常有各類問(wèn)題，其中包括井下硬件存在的問(wèn)題，也包括上位機(jī)軟件的問(wèn)題，根據(jù)用戶的問(wèn)題描述，有時(shí)很難界定是哪里出了問(wèn)題，這時(shí)把現(xiàn)場(chǎng)保存下來(lái)的原始數(shù)據(jù)文件，按需要的時(shí)間段拷貝回來(lái)，在實(shí)驗(yàn)室中利用數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)把數(shù)據(jù)輸出給監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的正常處理，實(shí)時(shí)觀察監(jiān)控系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)的發(fā)展變化，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室真實(shí)數(shù)據(jù)表現(xiàn)推斷問(wèn)題的所在。例如：用戶反映某一路傳感器有頻繁斷線的現(xiàn)象，首先通過(guò)數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)進(jìn)行該段時(shí)間的數(shù)據(jù)回放演練，如果的確存儲(chǔ)數(shù)據(jù)閃斷的現(xiàn)象，再?gòu)脑紨?shù)據(jù)進(jìn)行分析，是井下設(shè)備傳上來(lái)的斷線狀態(tài)，還是監(jiān)控系統(tǒng)軟件由于判斷、統(tǒng)計(jì)問(wèn)題造成的監(jiān)控點(diǎn)頻繁斷線。通過(guò)查找原始文件數(shù)據(jù)協(xié)議，如果發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在該通道數(shù)據(jù)的間斷斷線狀態(tài)數(shù)據(jù)，證明該數(shù)據(jù)是井下設(shè)備發(fā)上來(lái)的，應(yīng)該從井下設(shè)備找原因，如果原始數(shù)據(jù)中不存在該通道的斷線狀態(tài)數(shù)據(jù)，那就從上位機(jī)軟件找原因，接下來(lái)就可以針對(duì)該監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)入代碼調(diào)試程序，找尋是否程序邏輯存在問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的查找、判斷具有重要意義。2）系統(tǒng)功能性測(cè)試。在監(jiān)控系統(tǒng)軟件開發(fā)、升級(jí)、維護(hù)的過(guò)程中，有時(shí)需要大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試、單元測(cè)試、集成測(cè)試[7-9]，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)往往過(guò)于理想，不能真實(shí)反映煤礦現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)的真實(shí)狀態(tài)。只有真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)才能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)全面的測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)修正，保證系統(tǒng)新增功能、完善功能的穩(wěn)定運(yùn)行。也可從多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)拷貝數(shù)據(jù)，進(jìn)行更加全面的功能性測(cè)試，對(duì)新軟件版本的穩(wěn)定運(yùn)行具有重大作用。3）系統(tǒng)壓力測(cè)試。上位機(jī)軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要，決定軟件系統(tǒng)是否能穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要因素就是井下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量以及數(shù)據(jù)的變化頻率。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境往往不具備大量的設(shè)備接入條件，監(jiān)測(cè)點(diǎn)量往往不足普通煤礦1/10。也就不能真實(shí)的對(duì)系統(tǒng)是否穩(wěn)定進(jìn)行測(cè)試、評(píng)估。通過(guò)數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)，選擇現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量比較大的煤礦，拷貝相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間的樣本數(shù)據(jù)，例如1年的數(shù)據(jù)量進(jìn)行數(shù)據(jù)回放演練，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行壓力測(cè)試。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)CPU、內(nèi)存、數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控系統(tǒng)軟件運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示性能、歷史數(shù)據(jù)查詢性能、數(shù)據(jù)處理性能等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在由于數(shù)據(jù)量較大造成的問(wèn)題及時(shí)找出原因進(jìn)行完善、修復(fù)。同時(shí)可調(diào)整數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)頻率，加大單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)量，對(duì)系統(tǒng)的處理能力進(jìn)行高強(qiáng)度測(cè)試，找出系統(tǒng)性能邊界點(diǎn)，分析判斷是否滿足現(xiàn)場(chǎng)更大型煤礦的安全監(jiān)測(cè)需求，如果不能滿足，則需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)優(yōu)、服務(wù)降級(jí)等處理。提高系統(tǒng)性能指標(biāo)，更好的為煤礦安全生產(chǎn)服務(wù)。4）作為日志系統(tǒng)。作為一個(gè)大型的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，日志系統(tǒng)[10]是必不可少的一部分，可分為調(diào)試日志、錯(cuò)誤日志、警告日志、數(shù)據(jù)運(yùn)行日志等，作為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)歷史記錄，便于查找、分析系統(tǒng)存在問(wèn)題。在數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)將原始數(shù)據(jù)存入文本文件的同時(shí)，即為監(jiān)控系統(tǒng)也做了一個(gè)數(shù)據(jù)日志的記錄，通過(guò)這些數(shù)據(jù)日志文件的分析，可確定數(shù)據(jù)格式、發(fā)送規(guī)則是否符合系統(tǒng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)不滿足協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)，可能會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。就要從井下設(shè)備層找尋原因，保證整個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都按規(guī)則有序進(jìn)行，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4結(jié)語(yǔ)

1）數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)存在的眾多問(wèn)題點(diǎn)，對(duì)問(wèn)題點(diǎn)的查找、分析發(fā)揮了巨大作用，有效地解決了各類疑難問(wèn)題，大幅降低了現(xiàn)場(chǎng)可能再次出現(xiàn)問(wèn)題的故障率。2）通過(guò)回放系統(tǒng)進(jìn)行的大規(guī)模壓力測(cè)試，從事前預(yù)防的角度，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)演，有效地對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行驗(yàn)證、評(píng)判，解決了系統(tǒng)可能出現(xiàn)的眾多影響穩(wěn)定運(yùn)行的性能問(wèn)題。對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展、演進(jìn)起到了至關(guān)重要的作用。

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作者:張洪亮 洪玉玲 單位:1.煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司 2.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)