基于实时工业网络矿山用水平衡故障快速补偿方法与流程
本发明属于矿山用水平衡监测控制技术领域，尤其是涉及一种基于实时工业网络矿山用水平衡故障快速补偿方法。
背景技术：
矿山用水平衡安全稳定运行，确立管线信息的完整性，水平衡图的合理调配，用水流量的安全调节，是矿山安全用水的关键技术指标。申请号201721758064.3实用新型专利“一种矿山排水监控控制系统”，提供了一种排水联网监测与控制方法。申请号201721456370.1实用新型专利“一种选矿废水回用供水系统”提供一种能够进行自动灌泵，提高自动化程度、降低人工费用的选矿废水回用供水系统。它包括尾矿水池，回用水池，用于把尾矿水池内水泵送到回用水池的水泵，与水泵进口相通的密闭引水罐上部设置有排气阀，用于向引水罐泵水的潜水泵位于尾矿水池内，潜水泵出口与引水罐相通的注水管路上设置注水阀，水泵出口与回用水池相连的供水管路上设置止回阀。上述的选矿废水回用供水系统，用于控制排气阀、注水阀、止回阀动作的plc控制器与排气阀、注水阀、止回阀电连接，用于检测回用水池内液位高度的液位计的输出接plc控制器，plc控制器与潜水泵、水泵电连接以控制潜水泵、水泵的启停。对于选矿废水回用供水系统在提高自动化、降低费用等方面提出了一种自动控制方法。《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》2018年第9期“基于sobol序列的防尘供水管网系统可靠性分析”，相关内容为：为研究矿山井下防尘供水管网系统的可靠性,综合考虑供水管网系统功能及其结构，引入流可靠度和基于阈级的单元重要度的概念，结合供水管网路径重要度和连通率，将解析法和模拟法相结合，建立矿井防尘供水管网系统可靠性计算模型，并利用sobol序列替代伪随机数序列的拟蒙特卡罗法对供水管网系统的可靠度进行解算。将求解模型应用于开滦集团某煤矿防尘供水管网系统可靠性分析。研究结果表明：组件阈级越低，其重要度就越高，对整个供水管网的影响程度越高；在管网系统可靠性求解模拟中，与伪随机数序列相比，sobol序列的解算结果具有更高的精准度和稳定性，收敛速度更快。文献对建立矿井防尘供水管网系统可靠性进行了分析与建模。《山西焦煤科技》2013年第9期“矿山供水管网无线监控系统设计”提出plc作为管网数据采集和处理中心，监测实时性强，为了保障矿山供水的稳定性和可靠性，结合矿井供水管网的分布情况，研究了一套供水管网无线监控系统。该系统包括监控分站、监控总站及控制中心，采用plc作为数据采集和处理中心，通过数传电台进行远距离数据无线传输和通信，可实现整个矿山供水管网的数据实时监测和可靠控制。《机械管理开发》2015年第2期“矿山供水管网远程无线监测系统研究”提出了针对矿山供水管网参数多、不易测量的问题,设计了远程无线监测系统。采用siemensplc作为采集控制单元,扩展了模拟量采集模块,采集压力、流量、电流等信号,通过rs485接口实现与数传电台的通信,依靠以太网模块实现数据共享。研究表明该方案可以很好地解决矿山供水管网监测技术问题。中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司胡平等在《工业控制计算机》2016年10月“选矿厂水平衡控制系统的研究”相关内容为：山东华联矿业有限公司采用了选矿厂水平衡控制系统，系统的软件采用西门子监控组态软件wincc7.0和plc编程软件step7。工业控制组态软件wincc7.0用于人机界面的编写，plc编程软件step7用于系统plc硬件配置、参数设置、通信定义和控制程序的编写。
然而，基于实时工业网络的矿山用水管网故障诊断及恢复方法没有相关报道和专利。矿山用水管线故障是矿山生产事故的主要来源，在生产实际中要求快速恢复故障，故障点地理位置邻域内富水管线与闲置管线的用水引入距离是影响矿山用水故障恢复时间的重要因素。研究矿山用水故障点邻域内的管线地理与流量信息，有效判定管网故障，进而解决矿山管网故障的最短距离外用水管线引入，其已经成为矿山用水平衡的关键问题，需要一种真实反映管线地理特征、准确控制管线用水平衡，以保证矿山用水的安全可靠生产。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于实时工业网络矿山用水平衡故障快速补偿方法，针对矿山用水平衡安全稳定运行，确立用水管线地理信息的完整性，通过水平衡图的合理调整，以及用水流量的安全调节，达到供回水数据的网络实时监控，根据矿山用水生产工艺要求，利用arcgis地理信息系统监测矿山用水流量的平衡，同时运用工业网络实时传输矿山用水的基础数据，以保证矿山用水的安全生产，进而实时监测矿山用水管网故障，利用邻近管线的最短距离用水引入方法进行故障诊断及恢复。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的基于实时工业网络矿山用水平衡故障快速补偿方法，其特征在于，通过实时监测矿山用水管网运行状态，基于gis系统以保障矿山用水管线出现故障时能快速进行诊断并恢复其生产用水量，提高矿山用水平衡快速响应能力；
步骤一：运用mrp冗余工业网络对矿山生产用水运行状况进行监控，提高网络数据传输的鲁棒性，保证监测信号实时性条件下，通过vlan、trunk与路由将管线的地理信息与流量信息回传到总控制中心，以此信息为基础，在应用服务中生成矿山用水平衡图，基于实时网络的三层路由、acl控制与vlan实现用水管线数据流的隔离与通讯；arcgis地理信息服务中的x坐标与y坐标联合矿山用水流量l构建三维空间点阵{gl}＝{((x,y),l)1,((x,y),l)2,…}，从而生成矿山用水管线的三维序列；
步骤二：根据矿山用水安全生产条件，若管线用水流量出现异常低值时，断定管线故障，故障的判定方法为，三维空间点阵的维度l根据生产的实际需要，若
遍历{gl}的空间点，得到一点glm，使得glg与glm的dgz最短，连通glg与glm，故障得到恢复，补偿了矿山用水平衡。
本发明的优点：
本发明的基于实时工业网络矿山用水平衡故障快速补偿方法，有效地反映了矿山用水管线的故障点及快速恢复工况特征，解决了矿山用水故障水平衡难以调配问题，准确地表达了最短距离故障点恢复路径，简化了数学模型结构，减少了故障点恢复时间，提高了矿山用水平衡可靠性。
附图说明
图1为本发明的矿山用水管线工业网络图。
图2为本发明用水管线故障点邻域最短距离接通流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1、2所示，本发明的基于实时工业网络矿山用水平衡故障快速补偿方法，其特征在于，通过实时监测矿山用水管网运行状态，基于gis系统以保障矿山用水管线出现故障时能快速进行诊断并恢复其生产用水量，提高矿山用水平衡快速响应能力；
步骤一：运用mrp冗余工业网络对矿山生产用水运行状况进行监控，提高网络数据传输的鲁棒性，保证监测信号实时性条件下，通过vlan、trunk与路由将管线的地理信息与流量信息回传到总控制中心，以此信息为基础，在应用服务中生成矿山用水平衡图，基于实时网络的三层路由、acl控制与vlan实现用水管线数据流的隔离与通讯；arcgis地理信息服务中的x坐标与y坐标联合矿山用水流量l构建三维空间点阵{gl}＝{((x,y),l)1,((x,y),l)2,…}，从而生成矿山用水管线的三维序列；
步骤二：根据矿山用水安全生产条件，若管线用水流量出现异常低值时，断定管线故障，故障的判定方法为，三维空间点阵的维度l根据生产的实际需要，若
遍历{gl}的空间点，得到一点glm，使得glg与glm的dgz最短，连通glg与glm，故障得到恢复，补偿了矿山用水平衡。
其中步骤一具体是指：
针对矿山厂区用水生产线物理布局，用水管线数据监测网络划分为核心管理网络、汇聚层网络、终端接入网络，整网组态为mrp冗余环网，以保证矿山用水管线数据传输的实时性，提高网络数据传输的鲁棒性，降低管线故障点修复时间，利用三层路由、acl控制与vlan实现综合监控、plc控制、交换机管理三者之间的数据隔离与有效通讯。无线接入点ap采用全向天线，利用trunk提供矿山用水管线流量数据的vlan上行链路，如图1所示。
arcgis地理信息的x、y坐标与用水管线的流量共同确立三维度空间，根据arcgis地理信息的管线监控点顺序，排列成三维空间点阵，得到矩阵gl，此三维空间点阵为：
{gl}＝{gl1,gl2,…,gli,…,gln}＝{((x,y),l)1,((x,y),l)2,…,((x,y),l)i,…,((x,y),l)n}
其中，x、y分别为arcgis地理信息的x、y坐标，l为管线的用水流量，i为空间点阵的序列号，n为空间点阵的终点序列号。
其中步骤二具体是指：
利用实时工业网络中的矿山用水管线的地理与流量实测值，通过arcgis的地理信息发布，运用故障点邻域内三维空间最短距离外管线引入方法，生成最优接通管线。故障的判定方法为，三维空间点阵的维度l根据生产的实际需要，若
根据glg邻域内最短距离接通原则，遍历三维空间点阵{gl}的空间点，得到一个空间点glm，使得glg与glm两者的dgz最小，进而连通glg与glm，从而矿山用水管线故障得到快速恢复，如图2所示。
本发明的基于实时工业网络矿山用水平衡故障快速补偿方法，有效地反映了矿山用水管线的故障点及快速恢复工况特征，解决了矿山用水故障水平衡难以调配问题，准确地表达了最短距离故障点恢复路径，提高矿山用水管线供回水数据信息的真实性，简化了数学模型结构，同时实时监测矿山用水管网故障，实时恢复管线生产用水量，减少了故障点恢复时间，提高了矿山用水平衡可靠性。
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