【文章內容簡介】 重要意義。主扇風機監(jiān)控系統(tǒng)需要實現風機起、停和正反轉的全自動化控制,運行數據的實時監(jiān)測，并且能在運行參數異常時發(fā)出報警,避免原先人工觀察數據可能存在的疏漏。具體如下：1) 實時監(jiān)測風壓、風速風量、軸承溫度、定子溫度、電網電流、電壓、功率、電機與風機效率、風峒大氣參數（溫度、濕度、大氣壓力）等風機運行各種參數；2) 監(jiān)測風門位置、風機開停狀態(tài)、控制風門開/關、風機啟 /停；3) 系統(tǒng)主要運行參數的模擬顯示，當參數超出其取值范圍時，會報警提示，同時系統(tǒng)還提供了歷史趨勢、實時趨勢等查詢形式。4) 通過動畫鏈接的設置，使風門、風機的動作能夠真實的模擬現場設備狀態(tài)及其動作情況。 本章小結本章簡單介紹了煤礦主扇風機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現狀及趨勢，結合王莊煤礦主扇風機現有的監(jiān)控系統(tǒng)，得出本論文的工作目的及意義。2 風機監(jiān)控系統(tǒng)的功能分析 通風機結構和工作原理通風機是礦井通風系統(tǒng)的核心設備，因此自然成為風機監(jiān)測系統(tǒng)的首要監(jiān)測對象。鑒于通風作業(yè)在煤礦安全生產中占據的至關重要的地位與作用，在通風系統(tǒng)的設計中都毫無例外地體現了系統(tǒng)冗余的思想，即重復配置兩臺相同的通風機組，互為備用，確保通風作業(yè)的不間斷性。本系統(tǒng)采用的是燕京風機廠生產的 BD(K)系列煤礦用防爆對旋式主扇通風機 2臺，這是一種典型的軸流式通風機。BD(K)系列抽流式對旋式通風機具有壓力增益 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 5 頁 大，效率高，結構簡單和軸向尺寸小等優(yōu)點。在離心風機中，氣流在葉輪內的流動是徑向的。而在軸流風機中，氣流在葉輪內是沿軸向流動的。軸流風機由整流罩、葉輪、導葉、整流體、集風器及擴散筒等組成。如軸流風機結構簡圖 ：其中葉輪是回轉的，稱為轉子，其他部分則是固定的。工作時氣流從集風器進入，通過葉輪時氣流獲得能量，然后流入導葉，使氣流轉為軸向；最后，氣流通過擴散筒，將部分軸向氣流的動能轉變?yōu)殪o壓能。氣流從擴散筒流出后，輸入管道中。 ??910??2 風機監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求和功能設計煤礦主通風機作為煤礦的“肺臟” ，它的運行正常與否，直接關系到整個煤礦的生產安全。同時它又是煤礦主要設備中的耗能大戶，其經濟運行對煤礦的經濟效益也具有重要意義。所以要求給予的配套在線監(jiān)測系統(tǒng)不僅可以實現對主通風機的在線實時監(jiān)測和控制，及時掌握主通風機的運行參數和運行狀態(tài)，提高主通風機的自動化管理水平，有力地保障主通風機經濟、可靠、安全的運行，同時也要為設備的管理和維護提高可靠的科學依據。本系統(tǒng)的主要的功能包括：在線測量與處理風機運行參數，包括：風機入口靜壓、入口溫度（即井下排出氣體溫度） 、全壓、風速、流量、電機的軸承溫度、定子繞組溫度、電機輸入電壓、電流、功率和總功率；以及風機效率、風機擺動圖1422 軸流風機結構簡圖 圖 軸流風機結構簡圖 集風器整流罩葉輪導葉整流體擴散筒1 11 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 6 頁 等；還可用于煤礦主通風機氣動性能的現場自動檢測，提供可靠完整的測試數據。??1234系統(tǒng)的基本功能：（1）在屏幕上以各種圖形和數字方式顯示實時監(jiān)測參數；集中定位顯示在線測量與處理的風機運行參數，并以指定的時間間隔刷新，通常以每分鐘為時間間隔單位進行存儲各種監(jiān)測數據，并記錄每分鐘的各種監(jiān)測數據，以便發(fā)生故障時能夠查詢，便于各種參數的直接定位觀察和調用；（2）各種監(jiān)測數據的存儲及查詢：風壓、風量、定子溫度和軸承溫度、電機功率、風機振動等監(jiān)測參數定時存儲在硬盤中，以便用戶進行數據報表的按班或按月輸出打印，也為管理部門（如通風科、調度室等）查看、分析和追朔有關數據提供方便，以利強化通風機的管理，系統(tǒng)可保存一至三年甚至更長時間的記錄數據（視存儲介質空間的大小） ；（3）可以動態(tài)的實時曲線圖形方式顯示在線測量與處理的風機運行參數，便于觀察不同時間段各參數的變化趨勢；（4）實時顯示系統(tǒng)的報警信息，實時報警打印，并提供報警歷史信息的查詢；以多種形式對在線測量與處理的風機運行參數超限值報警：；；；。 本章小結本章結合王莊煤礦的實際情況主要介紹了軸流風機的結構和工作原理，并分析了該監(jiān)控系統(tǒng)所要實現的功能要求。3 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計 組態(tài)軟件簡介 概述組態(tài)軟件是指數據采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境中能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的適應方法，其預設的各種軟件模塊可以非常容易地實現和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和 I/O設備，與高可靠的工控計算機和網絡系統(tǒng)結合，可向控制層和管理層提供軟、硬件 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 7 頁 的全部接口，進行系統(tǒng)集成。 ??17 常見組態(tài)軟件簡介目前工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)已有的組態(tài)軟件有很多，下面就對幾種常見組態(tài)軟件分別進行介紹 [4]：(1) InTouch：Wonderware 的 InTouch 軟件是最早進入我國的組態(tài)軟件。在80 年代末、90 年代初，基于 的 InTouch 軟件曾讓我們耳目一新，并且 InTouch 提供了豐富的圖庫。但是，早期的 InTouch 軟件采用 DDE 方式與驅動程序通信，性能較差，最新的 版已經完全基于 32 位的 Windows 平臺。(2) Fix：Intellution 公司以 Fix 組態(tài)軟件起家，1995 年被愛默生收購，現在是愛默生集團的全資子公司，Intellution 將自己最新的產品系列命名為 iFiX，在iFiX 中，Intellution 提供了強大的組態(tài)功能。在 iFiX 中，Intellution 的產品與Microsoft 的操作系統(tǒng)、網絡進行了緊密的集成。(3) Citech：CiT 公司的 Citech 也是較早進入中國市場的產品。Citech 具有簡潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。Citech 提供了類似 C 語言的腳本語言進行二次開發(fā)，但與 iFix 不同的是，Citech 的腳本語言并非是面向對象的，而是類似于 C 語言，這無疑為用戶進行二次開發(fā)增加了難度。(4) WinCC：Simens 的 WinCC 也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，Simens 提供類 C 語言的腳本，包括一個調試環(huán)境。WinCC 的結構較復雜，用戶最好經過Simens 的培訓以掌握 WinCC 的應用。(5) 組態(tài)王：組態(tài)王是國內第一家較有影響的組態(tài)軟件開發(fā)公司（更早的品牌多數已經湮滅）。組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅動程序。(6) Controx（開物）：華富計算機公司的 Controx2022 是全 32 位的組態(tài)開發(fā)平臺，為工控用戶提供了強大的實時曲線、歷史曲線、報警、數據報表及報告功能。(7) ForceControl（力控）：大慶三維公司的 ForceControl（力控）從時間概念上來說，大慶三維公司的 ForceControl（力控）也是國內較早就已經出現的組態(tài)軟件之一。 ??15 組態(tài)軟件的組成及其基本功能無論是美國Wonderware公司推出的世界上第一個工控組態(tài)軟件Intouch 還是現在國內的各類組態(tài)軟件，在工業(yè)應用中整個系統(tǒng)的分析和設計基于面向對象的思想，達到系統(tǒng)的高度模塊化設計，一般都是由系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境(或稱組態(tài)環(huán)境)與系統(tǒng)運行環(huán)境兩大部分組成。它們之間的聯(lián)系紐帶是實時數據庫 [21]。以Intouch組態(tài)軟件的運作機理（）為例進行說明 [3]。 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 8 頁 運行界面WindowsViewerFoxPro forWindowsInTouch環(huán)境DDE開發(fā)界面 WindowsMaker DDE Server外部設備圖 InTouch 組態(tài)軟件的運作機理(1) 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境。它是自動化工程設計人員為實施其控制方案，在組態(tài)軟件的支持下進行應用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境。通過建立一系列用戶數據文件，生成最終的圖形目標應用系統(tǒng)，供系統(tǒng)運行環(huán)境運行時使用。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境由若干個組態(tài)程序組成，如圖形界面組態(tài)程序、實時數據庫組態(tài)程序等。(2) 系統(tǒng)運行環(huán)境。在系統(tǒng)運行環(huán)境下，目標應用程序被裝入計算機內存并投入實時運行。系統(tǒng)運行環(huán)境由若干個運行程序組成，如圖形運行程序、實時數據庫運行程序等。是直接針對現場操作使用的。工控組態(tài)軟件支持在線組態(tài)技術，即在不退出系統(tǒng)運行環(huán)境的情況下，可以直接進入組態(tài)環(huán)境并修改組態(tài)，而且修改后的組態(tài)可以直接生效。 ??16在系統(tǒng)組態(tài)環(huán)境下，現場工程技術人員能夠方便地進行圖形界面的設計、繪制、數據連接，數據點定義、通訊端口設置等組態(tài)工作，建立一系列用戶數據文件，生成最終的圖形目標應用系統(tǒng)，供系統(tǒng)運行環(huán)境運行時使用。系統(tǒng)運行環(huán)境應該具備以下幾個基本功能 [21]：1）數據通信。包括與現場保護裝置、智能儀表的通信；和上一級調度單元的數據通信功能。2）數據監(jiān)測。實時監(jiān)測下位機裝置的運行情況，對裝置模擬量、開關量的變化都能夠進行相應的正確處理。3）對下位機裝置的控制和操作。如遙控分、合閘，更新裝置時間，遙控裝置復位，修改裝置保護定值等。4）數據分析和整理等幾個功能。如系統(tǒng)報警記錄、操作記錄、歷史數據查詢等。 組態(tài)軟件的主要特點(1) 延續(xù)性和可擴充性。組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現場（包括硬件設備 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 9 頁 或系統(tǒng)結構）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改就可方便地完成軟件的更新和升級；(2) 封裝性（易學易用），組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于用戶，不需掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能；(3) 通用性，每個用戶根據工程實際情況，利用組態(tài)軟件提供的底層設備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的 I/O Driver、開放式的數據庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數據處理、歷史數據和曲線并存、具有多媒體功能和網絡功能的工程，不受行業(yè)限制。因此，組態(tài)軟件是一個具有易用性、開放性和集成能力的應用軟件。應用組態(tài)軟件可以使工程師把主要精力放在控制對象上，而不是形形色色的通信協(xié)議、復雜的圖形處理、枯燥的數字統(tǒng)計，只需要填表式操作，即可生產適合于自己的“監(jiān)控和數據采集系統(tǒng)”。 ??189 組態(tài)軟件的層次結構通常組態(tài)軟件的整個系統(tǒng)劃分為三個層次結構，即控制層、監(jiān)控層、管理層。其中，監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現對現場的實時監(jiān)控，而且常在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。監(jiān)控層的硬件以工業(yè)級的微型計算機和工作站為主，目前更趨向于工業(yè)PC機。系統(tǒng)軟件按照功能劃分為兩大部分：監(jiān)控部分及數據庫部分 [14][15][23]。監(jiān)控部分包括人機界面監(jiān)控軟件、后臺控制軟件、協(xié)議轉換軟件。監(jiān)控軟件以Microsoft公司的 Windows XP Professional操作系統(tǒng)為軟件平臺，以Wonderware 公司的InTouch為平臺對人機界面軟件、后臺控制軟件和協(xié)議轉換軟件進行二次開發(fā)。本監(jiān)控界面采用圖形及文字相結合的導航模式，分為實時信息監(jiān)控、實時告警、事件報警記錄以及歷史趨勢查詢等。數據庫部分包括實時或歷史趨勢以及告警。此數據庫軟件可以對任何時間、任何設備進行實時或歷史數據的查詢，滿足不同層次的管理人員的需要。根據實時或歷史數據，還可以生成各種曲線，并對用電趨勢進行分析。另外，任何的系統(tǒng)告警都存儲到數據庫，并以彈出對話框、閃光報警相結合的方式提醒管理人員注意，并采取相應措施。 ??201 組態(tài)軟件的優(yōu)勢針對中小型煤礦變電站監(jiān)控系統(tǒng)相對于其它兩類應用軟件來說，組態(tài)軟件的架構決定其具有的天然優(yōu)勢 [21]：(1) 高度開放的接口。相對于各個硬件廠家所推出的監(jiān)控軟件而言，作為第三方的組態(tài)軟件則開放得多。無論是現場總線，或者是自定義的通訊格式，只要能確定通訊協(xié)議，都可以通過增加相應的驅動，關聯(lián)該設備，進而監(jiān)測控制。這樣，用戶就擁有了最大的選擇余地，幾乎可以任意的選擇各家硬件廠家的產品來 中國礦業(yè)大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 第 10 頁 組合成自己所需的控制系統(tǒng)，從而構成自己所需的以組態(tài)軟件為控制核心的監(jiān)控系統(tǒng)。(2) 快速的界面設定。通過組態(tài)軟件可以輕松的繪制各種人機界面，簡單的幾個操作和設定就可以實現最常用的歷史曲線、報表、報警、各種動畫等，相比較高級的編程工具VB、VC等容易了很多。(3) 自由的組網方式。圍繞著組態(tài)軟件，可以根據工程需要，構建所需的網絡，實現真正的分布式結構，網絡間的傳輸介質也多種多