2024-01-10
编者按：2023年6月26日，国家矿山安全监察局对外发布了《智能化矿山数据融合共享规范》（以下简称《规范》），意在建立统一的智能化矿山数据编码，规范数据通信接口和协议，加快智能化矿山建设。该《规范》包括基础共性、数据编码、数据采集、数据治理、数据安全和数据应用等6大专题、40项规范内容，将有效解决矿山、装备和通信企业面临的数据编码不统一、通信接口不兼容、传输协议不开放、系统集成难度大、智能化建设成本高等突出问题，打通“数据孤岛”，破除“信息烟囱”，推动智能化矿山各类数据互联互通、集中集成，为实现过程可视可控、安全可防可测、要素可调可配的高水平智能化矿山建设奠定基础。为更好地宣传《规范》内容，推进煤矿智能化建设，我刊从2023年第10期开始设置“智能化矿山数据融合共享规范”专栏。第12期诚邀国能准能集团有限责任公司和应急管理部信息研究院分享数据治理解读与实践。
崔文，陈大伟，杨彦飞，等.露天煤矿机电设备通信接口和协议标准化研究[J].中国煤炭，2023，49（12）：6-13.DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2023.12.002CUI Wen，CHEN Dawei，YANG Yanfei，et al. [J].China Coal，2023，49（12）：6-13.DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2023.12.002
露天矿山开采具有多设备协同工作、统一协调运行等特点，不同设备制造商都有各自的设备接口和协议，这些不同的接口和协议之间不能互联互通，使得系统集成增加了不必要的环节，带来了通信可靠性降低、数据质量低、稳定性差等问题，为了保障系统运行和正常使用，往往需要增加更多的人力和时间成本。基于此，对露天煤矿机电设备的数据接口方式进行了分析并指出存在的问题，对几种典型的工业以太网信息技术进行了比较分析，认为EtherNet/IP协议接口技术具备先进性和可实施性;应结合露天煤矿对大数据量、高带宽应用及场景越来越高的需求实际，以《智能化矿山数据融合共享规范》为依托，进一步开展基于EtherNet/IP协议的煤炭设备统一接口通信协议标准的研究，为提高厂商间设备的互操作性提供行业标准方案。
崔文（1987-），男，内蒙古鄂尔多斯市人，本科，工程师，自2011年进入国能准能集团工作以来，先后在设备维修中心、黑岱沟露天煤矿、国家能源集团煤矿智能化办公室、准能集团机电管理部从事过电机修理工、政工干事、技术员、通讯设备及信息化主管、运输设备主管等工作，长期从事数字化矿山以及信息化、智能化管理等工作。
参与了数字矿山cMES机电、ERP-PM、燃油监控管理、轮胎健康管理等系统的上线运行，GPS智能卡调系统升级优化等工作，先后荣获安全生产先进个人、青年岗位能手，煤炭工业协会煤炭企业“五小”技术创新成果一等奖等荣誉。作为骨干成员参与编制并发布ISBN著作3项、企业标准《煤矿机电设备通信接口和协议（Q/GN 0033. 1—2021）》《露天煤矿卡车无人驾驶运输系统技术规范（Q/GN 0147. 1—2023）》22项、团体标准《面向矿山的“5G+工业互联网”应用场景及技术要求》1项、行业标准《智能化矿山数据融合共享规范（KSSJBM21-2023）》3项，核心期刊发表论文4篇，荣获2022年度国家能源集团煤矿智能化建设先进个人等荣誉。
首先，笔者介绍了露天煤矿机电设备通信接口和协议存在的问题以及通信接口和协议标准化在建设智能化露天煤矿中的重要意义。对于未来的发展，露天煤矿的开采工艺综合化、装备系统智能化以及开采与生态重建一体化将成为主要发展方向。然而要实现这些目标，需要解决通信接口协议不统一等问题，避免新的“信息孤岛”形成。因此，制定规范统一的数据采集、传输与共享标准，设计智能化矿山通信接口与协议规范成为当前矿山智能化建设的关键问题之一。通过露天煤矿机电设备通信接口和协议标准化研究，为露天煤矿提供一种能够满足发展需求的机电设备通信协议标准化方案，使露天煤矿的智能化建设更加便捷、高效、安全。同时，也为其他矿山行业的智能化建设提供参考和借鉴。第二，从工业以太网技术方面对比，分析露天煤矿机电设备通信协议各自特点。重点对比主流通信协议EtherNet/IP、Modbus TCP和Modbus RTU的不同特点，综合得出EtherNet/IP 协议具有良好的兼容性，易与信息网络无缝集成，而生产者/消费者通信机制保证了系统具有较好的实时性，同时由于采用了先进的面向对象的CIP协议规范，解决了多个厂商设备的互操作问题，使得系统具有良好的开放性，露天煤矿机电设备采用基于EtherNet/IP协议是最优选择，可为解决设备数据接口不统一问题，全面提高露天煤矿机电设备的数据共享和物物互联能力提供技术保障。第三，介绍了面向露天煤矿的EtherNet/IP协议标准研究。一是CIP协议构成，包括对象模型、报文协议、通信对象、对象库、设备描述、设备配置方法和数据管理等；二是CIP协议对象模型规范的研究和制定，包括通用设备最小对象模型、对象对行为的影响、对象接口、I/O数据接口、I/O组合实例、设备配置、扩展的设备描述、设备描述编号方案等；三是自卸卡车设备对象模型描述方案，包括自卸卡车CIP对象模型、对象对自卸卡车行为的影响、定义对象接口、定义I/O组合实例等；以自卸卡车为例，得出了对象模型拓扑图，且从不同层级对通信接口和协议进行了规范。最后，笔者通过通信接口和协议标准化在国能准能集团2个露天煤矿自卸卡车无人驾驶常态化运行的研究和应用，进一步说明机电设备EtherNet/IP协议在露天煤矿的可用性和重要性。EtherNet/IP协议进行数据共享，数据传输速率快、数据量大，且运行可靠、稳定，为推动露天煤矿采装、穿孔爆破、推土机作业的室内远控技术应用及带式输送机运输智能化升级改造提供了可借鉴的经验。下一步在现有成果的基础上，不断扩大研究范围，为露天煤矿机电设备制定统一的协议标准，不断提升设备间数据互联互通能力。
表1 EtherNet/IP、ModbusTCP和Modbus RTU 协议技术对比
图1 自卸卡车对象模型拓扑图
责任编辑：宫在芹
