基于CORBA的煤矿瓦斯综合检测预警系统集成技术研究.pdf

* 第 40 卷 第 1 期 2009 年 1 月 太原理工大学学报 JOURNAL OF TAIYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol. 40No. 1 Jan. 2009 文章编号 1007 9432 2009 01 0024 04 基于 CORBA 的煤矿瓦斯 综合监测预警系统集成技术研究 张英俊 a, 郭勇义b 太原科技大学 a 计算机学院; b 环境与安全工程学院, 山西 太原 030024 摘 要 针对煤矿瓦斯监测监控系统集成的现状和存在问题, 在对现行的系统集成标准进行比 较分析的基础上, 提出了一个包括硬件平台及系统软件层、 接入层、 信息集成平台、 应用集成框架的 开放式分层体系结构。该结构具有良好的开放性, 能够将煤矿各种监测软件, 无论是自己开发的, 还是其他软件公司开发的, 全部有机集成到一个软件平台, 实现全矿井数据共享与综合监测预警。 关键词 系统集成; CORBA 组件; 体系结构; 监测监控 中图分类号 T D712. 72; TP311 文献标识码 A 随着我国信息化技术的发展以及安全生产要求 的提高, 我国大多数煤矿企业生产过程中基本都装 备了各种各样的煤矿安全监测监控系统, 这些系统 在煤矿的安全生产中发挥着重要的作用。但这些监 控系统软件通常由不同的公司采用不同标准和程序 语言开发而成, 其运行环境也常常不同, 难以实现 统一管理和信息共享,形成一个个自动化 孤 岛 [ 1]。没有足够的井下即时信息, 对存在的安全隐 患和已经发生的事故, 不能做出及时判断并提供有 效的处理。如何将这些信息 孤岛 互连起来, 合理 利用资源, 最大限度地共享信息, 提高煤矿安全生 产、 指挥调度及管理水平, 具有重要理论及现实意 义。现有的煤矿安全监测系统虽可以对井下的情况 进行不间断地监测, 但由于各系统没有集成, 无法进 行统一管理和信息的及时共享。因此很有必要将各 种异构、 自封型监测系统和现有设备进行集成, 使其 能对各种安全信息进行及时的分析、 处理。论文针 对上述状况, 对煤矿瓦斯灾害监测监控系统进行集 成研究, 提出了一种开放式的分层体系结构, 并采用 CORBA 实现。 1 现行的系统集成标准及其比较 所谓系统集成是指根据应用需求将若干软件系 统集成在一起协同工作。随着网络技术、 面向对象 技术和分布式处理技术的发展, 分布式环境下的软 件系统集成正在得到广泛的应用。为了达到集成和 共享已经存在的软件系统, 目前已经提出了一些分 布式对象的工业标准, 普通的是微软公司的 COM/ DCOM 和 OMG 对象管理组织 的 CORBA 公共 对象请求代理结构 两大标准, 它们是业界广泛采用 的最有前景的中间件项目。但是 CORBA 无论在功 能上、 效率上和稳定度上都比 COM/ DCOM 优越。 1 CORBA 是一个通用的分布式对象规范说 明, 它有跨语言跨平台的能力, 并且 CORBA 是面向 异构环境下的分布式应用系统的集成标准, 而 COM/ DCOM 面向的主要是 MS- Windows 平台 商用的集成标准。 2 CORBA 引入代理 Broker 概念。代理起 到如下作用 完成对客户方提出的抽象服务请求的 映射; 自动发现和找到服务器; 自动设定路由, 实现 服务方程序的执行。 3 CORBA 使得客户方程序与服务方程序完 全分离。与传统的客户/ 服务器方式有很大的不 同, 客户将不再与服务方发生直接的联系, 而仅需要 与代理发生联系, 客户与服务器方都可方便升级。 4 CORBA 不但支持面向对象的应用系统的 开发和集成, 也支持将传统的非面向对象的已有系 统集成到面向对象环境中来。 5 新的 CORBA 标准已经准许把 DCOM 集成 到 CORBA 系统中来。 *收稿日期 2008 07 12 基金项目 国家科技支撑计划资助项目 2007BAK29B01 作者简介 张英俊 1969- , 男, 山西河津人, 高级工程师, 主要从事数据挖掘、 智能软件技术等研究, Tel 13015440989 在 CORBA 中, 引入了中间件的概念, 在 COR BA 系统中称为对象请求代理机制 ORB。CORBA ORB 是对象总线, 它可以让对象透明地向本地或远 程的其它对象发送请求或从那里接受响应, 提供了 各种各样的分布式中间件服务。CORBA 将面向对 象的概念揉合到分布计算中, 使得 CORBA 规范成 为开放的、 基于客户/ 服务器模式的、 面向对象的分 布计算的工业标准。因此在煤矿的监控系统集成框 架的研究与应用中, 采用 CORBA 标准。 2 系统集成体系结构 煤矿瓦斯灾害综合监控预警系统集成包括煤矿 瓦斯地质构造超前探测系统、 煤岩动力灾害监测预 警系统、 瓦斯突出危险性多元信息耦合监测系统、 瓦 斯煤尘爆炸危险性监测预警系统、 瓦斯动力灾害及 瓦斯爆炸危险性实时监测系统等。在煤矿现场高速 局域网上构建一个基于 CORBA 的分布式实时通信 系统平台, 集成各个监测监控系统的各种数据, 在 Intranet 中传输, 实现各子系统数据信息的共享[ 2]。 煤矿瓦斯灾害综合监控系统集成的体系结构采 用构件模块分层式结构。整个系统分为四层, 即硬 件平台及系统软件层、 接入层、 信息集成平台、 应用 集成框架, 如图 1 所示。 图 1 系统结构 1 硬件平台及系统软件层 由不同类型的监控 系统和管理信息系统构成, 是系统集成的基石。 2 接入层。由于每个子系统均有不同的硬件、 软件接口, 接入层可实现不同子系统间的协议转换、 数据交换、 统一的数据规范化处理。 3 信息集成平台是煤矿监控系统集成的关键, 基于网络、 分布式数据库、 面向对象技术和开放分布 处理技术, 能够构成统一的数据模式, 无缝地实现各 个子系统信息的集成。其中集成方式包括实时监控 系统数据集成以及各种分布式异构数据库的数据集 成。信息在集成后可形成全矿井统一数据模式, 实 现各种数据资源的共享, 保证了数据的一致性、 可 操作性, 并支持数据的 Web 浏览。 信息集成平台的体系结构如图 2, 作为集成平 台底层的异构网络集成环境, 主要用于支持不同系 统间的异构网络和多种消息环境下的高性能通信。 开放分布式处理环境支持分布式的群体合作工作方 式, 实现异构分步环境下基于 CORBA 的应用程序 与多数据源服务器间透明调用和访问。数据库集成 管理环境支持异构多库的集成与管理, 实现关系数 据库、 网状数据库、 面向对象数据库等异构数据库的 数据模型、 模式、 数据结构和格式的转换, 以及同类 数据库的不同实现系统之间的集成, 在异构、 多库数 据库集成环境下保证分布式数据的一致性和安全 性。中间件服务系统则是集成平台与应用框架的主 要接口。 图2 信息集成平台体系结构 4 应用集成框架。提供基于 CORBA 的即插 25 第 1 期 张英俊等 基于 CORBA 的煤矿瓦斯综合监测预警系统集成技术研究 即用 软件总线 , 提供框架管理、 应用封装集成的图 形用户界面, 实现应用软件管理、 过程管理以及优化 管理, 方便框架系统管理者、 应用封装集成者和最终 用户的使用和浏览。 各种煤矿监控系统在经过上述的集成后, 不仅 实现了各个子系统数据信息的共享, 而且使各个子 系统的功能得到了扩展。 3 基于 CORBA 的监控系统集成实现 系统的各个组件功能是有限的, 通过 ORB 这 条 软件总线 加以联接, 便能实现强大综合集成功 能。其中 CORBA 组件的实现是系统集成的核心工 作, 下面重点介绍各个 CORBA 组件的实现过程。 3. 1 现有监控系统 CORBA 组件的实现 首先根据集成要求, 集成系统应能区分煤矿各 种不同监测监控系统, 1 个监测监控系统有若干分 站, 1 个分站又有若干通道, 1个通道对应 1 个监测 点。该监测点或是模拟量, 或是开关量, 或是脉冲 量等。该组件实现的就是对已有监控系统上位机数 据进行封装, 给各种业务层信息采集组件提供访问 上述监控系统数据的接口。在该监控系统上位机上 设计一个 CORBA 专用程序, 用来存取监控系统的 数据。用 CORBA IDL Interface Definition Lan guage, 接口描述语言 语言描述集成数据结构和方 法, 生成 IDL 描述文件, 通过编译 IDL 描述文件生 成接口存根和接口框架。业务层信息采集组件通过 该接口框架获得该 CORBA 专用程序的引用, 远程 读取监测监控数据。 IDL 文件的具体结构根据分站所处层次和其本 身结构确定。图 3 中给出了一个分站的 IDL 结构 描述, 它描述了分站信息和分站各个通道的定义, 并提供了分站及分站各个通道的操作接口。 3. 2 新监控系统组件的实现 对新监控系统的集成, 在开发时可以直接设计 成 CORBA 组件, 即监控系统上位机软件。首先按 照行业或企业标准确定上位机软件实现的功能目 标, 选择合适的程序设计语言 如 C , JAVA 进行开发。同时, 用 CORBA IDL 语言描述集成数 据结构和接口方法, 生成 IDL 描述文件, 通过编译 IDL 描述文件生成接口存根和接口框架。业务层信 息采集组件通过该接口框架获得监控系统上位机软 件的引用, 进而可以远程读取监测监控数据。 3. 3 业务层 CORBA 组件的实现 业务层 CORBA 组件包括信息采集组件、 数据 图 3 监控分站IDL 描述示意 库存储组件、 用户访问接口组件。如图 4 所示, 它 们的开发, 均需先按照各自的功能定义组件接口, 将来若需扩展功能, 可以通过继承方式加以扩展。 接着编写接口 IDL 描述文件, 并编译之, 生成接口 存根和接口框架。同样各 CORBA 组件基本功能要 用系统程序语言 如 C , JAVA 开发。对开发 的组件进行注册后, 该业务层 CORBA 组件即可投 入运行。 图 4 业务层 CORBA 组件的开发流程 业务层各组件相互协作, 完成复杂的业务逻 辑, 并且与分布在网络上的监控系统 CORBA 组 件、 Web 服务器、 用户端程序交互, 实现分布式数据 共享和操作。 其中信息采集组件通过监控系统组件接口框架 获得监控系统上位机软件的引用, 获取现场监测监 控数据, 并转交给数据库存储组件处理, 将现场监 测监控数据统一保存在数据库。用户访问接口组件 通过数据库存储组件将用户请求信息返回给 Web 服务器, 最终到达用户浏览器。同样地, 用户在浏 26 太 原 理 工 大 学 学 报 第 40 卷 览器端的操作命令可以经业务层传递到各监控系统 执行。 4 结束语 采用开放式系统集成体系结构和 CORBA 标准 来集成所有子系统的数据信息, 并实时有效地将这 些数据信息提供给有关领导及相关部门, 是实现煤 矿科学数据共享与构建虚拟科研环境的基础, 更是 科学决策与煤矿高效安全生产的重要保证。在企业 Intranet 环境下, 不仅可实现基于 Web 的全矿井综 合监测系统, 而且能实现全矿井数据集成与共享, 对于煤矿安全科学研究、 煤矿灾害预测预报发挥重 要作用。 参考文献 [ 1] 尹洪胜, 钱建生, 华钢, 等. Intranet 环境下煤炭企业监控系统集成研究[ J] . 计算机系统应用, 2005 3 1215. [ 2] 牛海发, 牛明博. 基于 CORBA 的数字监控网络图表集成服务实现研究[ J] . 微电子学与计算机, 2007 2 . 132 135. [ 3] 马彩虹, 李旭芳. 煤矿监测监控技术应用现状和发展趋势[ J] . 煤矿自动化, 2001 2 63 65. [ 4] 马成斌. 一个基于 CORBA 技术的软件集成框架的设计与实现[ J] . 计算机工程, 2001 , 27 1 182 184. Research on Integration Technique for Mine Gas Monitoring and early Warning System Based on CORBA ZHANG Ying juna, GUO Yong yib aCollege of Computer Science b School of Machinery CORBA component; architecture; monitoring and control system 编辑 张爱绒 27 第 1 期 张英俊等 基于 CORBA 的煤矿瓦斯综合监测预警系统集成技术研究