【文章內(nèi)容簡介】 別技術(shù)、計算機(jī)語言方面進(jìn)行了大量研究, 并取得了很大進(jìn)展。在知識庫建立方面, 面向?qū)ο蟮闹悄軘?shù)據(jù)庫的研究和發(fā)展, 使得今后的數(shù)據(jù)庫本身就具備知識的表達(dá)、存取、檢索、查詢、分類、推理、演繹等功能, 并且利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)高速檢索在模式識別技術(shù)方面, 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其并行計算、分布貯存和自適應(yīng)學(xué)習(xí)的特點,應(yīng)用于模式識別, 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊理論相結(jié)合應(yīng)用于知識表達(dá)等在計算機(jī)語言方面, 面向?qū)ο蟮木幊陶Z言為人們提供了一種全新的能夠更自然、更直接、更充分地表達(dá)現(xiàn)實世界事物的方法, 其優(yōu)越性表現(xiàn)在信息的隱藏與封裝、抽象數(shù)據(jù)、繼承性、多形化、完善的模塊化。這些新理論、新技術(shù)的應(yīng)用, 大大地推進(jìn)了風(fēng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)的開發(fā),如華中理工大學(xué)研制的基于“ 淺知識” （即專家的經(jīng)驗知識）的故障診斷系統(tǒng)、東北工學(xué)院研制的基于隨機(jī)法的故障診斷系統(tǒng)。中國礦業(yè)大學(xué)的研發(fā)人員把小波變換、傅立葉分析和模糊理論作為信號處理手段提取振動信號特征, 將多層感知器和演化算法作為故障模式識別手段, 開發(fā)了一個通用型智能旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)。又如煤科總院重慶分院研制的型礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測與故障診斷儀采用了灰色理論, 對通風(fēng)機(jī)故障類型進(jìn)行快速定位, 首先利用高精度加速度傳感器測出通風(fēng)機(jī)敏感部位的振動加速度, 計算烈度值, 按ISO2372標(biāo)準(zhǔn), 若超標(biāo)便進(jìn)行1024點的FFT變換, 計算其振動的加速度功率譜, 再根據(jù)功率譜的分布與存入機(jī)內(nèi)的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)故障模式(專家系統(tǒng))進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析, 根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小, 診斷通風(fēng)機(jī)機(jī)械故障類型。下一步的工作就是完善這些技術(shù)并達(dá)到現(xiàn)場應(yīng)用的程度。在科研人員的努力下, 應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識別、計算機(jī)技術(shù)的智能故障診斷系統(tǒng)將逐漸發(fā)展, 其在風(fēng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用也會愈來愈廣?？梢灶A(yù)見, 基于知識的信號智能分析技術(shù)與智能化診斷是風(fēng)機(jī)故障診斷的重要發(fā)展向。 礦井主通風(fēng)機(jī)可控制化、控制智能化目前, 我國已有的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要是監(jiān)測功能, 實時反映通風(fēng)機(jī)的工況, 而未充分發(fā)揮其控制功能。當(dāng)然, 其中的原因是多方面的。一是礦井主通風(fēng)機(jī)是煤礦的關(guān)鍵設(shè)備, 《煤礦安全規(guī)程》要求其是萬無一失的, 因此對計算機(jī)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性要求十分高。但現(xiàn)在的科學(xué)水平, 還不能使計算機(jī)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到萬無一失, 如東灘煤礦引進(jìn)的風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)是世界上處于領(lǐng)先水平的風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng), 卻發(fā)生了在風(fēng)機(jī)運行停止個多小時的情況下竟然沒有報警, 造成了重大事故。造成這些情況的原因有①礦井環(huán)境中干擾多。如礦井環(huán)境惡劣, 風(fēng)流含塵潮濕等, 高壓電器設(shè)備、大功率設(shè)備的運轉(zhuǎn)和起停都會給計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)帶來干擾, 降低了系統(tǒng)工作的安全性其次是開發(fā)的軟件的可靠性較低再就是系統(tǒng)傳感器、二次儀表的可靠性較低? ? 。這些都是迫切需要解決的問題。 ②礦井主通風(fēng)機(jī)的操作要求特殊。操作要求特殊, 操作過程復(fù)雜, 受《煤礦安全規(guī)程》的制約?！睹旱V安全規(guī)程》第條規(guī)定“ 備用扇風(fēng)機(jī)或備用電動機(jī)配套扇風(fēng)機(jī), 必須能在10min內(nèi)開動” 第124條規(guī)定“ 生產(chǎn)礦井主要扇風(fēng)機(jī)必須裝有反風(fēng)設(shè)施,必須能10min在內(nèi)改變巷道中的風(fēng)流方向”。井下風(fēng)流潮濕含塵, 對風(fēng)門及其操作機(jī)構(gòu)具有腐蝕性, 時間一長, 風(fēng)門及其操作機(jī)構(gòu)銹蝕甚至銹死, 控制信號發(fā)出后, 執(zhí)行機(jī)構(gòu)有可能“ 怠工”, 如機(jī)構(gòu)卡死、執(zhí)行不到位（如風(fēng)門在開關(guān)過程中就遇到這些情況）,而當(dāng)這些情況發(fā)生時, 再由管理人員前去處理, 時間已來不及了, 嚴(yán)重的會造成重大井下事故。這些情況嚴(yán)重制約著監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用, 也是現(xiàn)階段研制出控制系統(tǒng)而未應(yīng)用的重要因。簡單的測量通風(fēng)機(jī)的環(huán)境參數(shù)、電參數(shù)和通風(fēng)機(jī)的控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的, 還需要發(fā)展風(fēng)機(jī)控制的智能化。智能是人們認(rèn)識客觀事物并運用知識解決實際問題的能力, 它表現(xiàn)在運用知識、認(rèn)識新情況、解決新問題、學(xué)習(xí)新方法、預(yù)見新趨勢、創(chuàng)造新思維的能力。人工智能則是運用人工手段模仿人類的智能行為。礦井主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)智能化表現(xiàn)在：（1）根據(jù)環(huán)境監(jiān)測參數(shù)自動動作。根據(jù)井下監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)如風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?、CO濃度、CO2濃度、粉塵、濕度等, 從而完成對通風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)、倒機(jī)（能夠在風(fēng)機(jī)啟動前自動進(jìn)行盤車）、倒換風(fēng)門等一系列動作。（2）根據(jù)風(fēng)機(jī)性能監(jiān)測參數(shù)而自動動作。根據(jù)監(jiān)測到的風(fēng)機(jī)參數(shù)如風(fēng)量、負(fù)壓、效率、風(fēng)葉角度,能夠確定風(fēng)機(jī)是否工作在喘振區(qū)、工作狀態(tài)是否滿足礦并需要, 并能進(jìn)行自校正。（3）根據(jù)監(jiān)測的電參數(shù)而自動動作。根據(jù)監(jiān)測到電參數(shù)如電機(jī)功率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、勵磁電流、勵滋電壓、定子電流、定子電壓、功率因數(shù)等, 能夠確定電機(jī)工作是否正常, 并能進(jìn)行自校正。（4）監(jiān)測監(jiān)控智能化與故障診斷智能化緊密結(jié)合。故障診斷系統(tǒng)將診斷到的風(fēng)機(jī)或電機(jī)的故障反饋給監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)管理人員, 進(jìn)行自調(diào)整或報警。隨著機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性的提高, 以及材料技術(shù)、傳感器及測試技術(shù)、計算機(jī)硬件軟件技術(shù)、通訊技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,必然促進(jìn)礦井主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的智能化的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 礦井主通風(fēng)機(jī)在監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)與整個礦井系統(tǒng)的協(xié)調(diào)礦井主通風(fēng)機(jī)是通過管網(wǎng)構(gòu)成生產(chǎn)保障系統(tǒng)所以不能只考慮其本身, 而應(yīng)作為一個完整的系統(tǒng)去考慮, 其目標(biāo)應(yīng)包含整個通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化（如效率、節(jié)能的優(yōu)化等）以及通風(fēng)系統(tǒng)運行的高可靠性和柔性。鑒于此, 利用監(jiān)控系統(tǒng)對井下環(huán)境如通風(fēng)、沼氣及自然發(fā)火進(jìn)行監(jiān)測, 再根據(jù)并下對風(fēng)量的需求對主通風(fēng)機(jī)的動力進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整, 也就是對主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖詣诱{(diào)節(jié), 以節(jié)約能源。在發(fā)生異常時可發(fā)出報警并自動調(diào)整風(fēng)門。礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)和整個礦井計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通訊,能夠?qū)崟r將監(jiān)測結(jié)果傳輸?shù)街骺厥一蚩偣な? 并接受執(zhí)行從主控室或總工室傳來的指令。礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)還可建成一個網(wǎng)站, 作為整個企業(yè)網(wǎng)的一部分, 負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)房及相應(yīng)部分的監(jiān)控和管理。 [17] 本文的研究內(nèi)容本文研究了礦用風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。第一章：緒論。從課題研究的目的和意義出發(fā)，說明作礦用風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計課題的必要性。并針對所監(jiān)控的設(shè)備對象和監(jiān)控系統(tǒng)，分別介紹了其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及展望。第二章：通風(fēng)機(jī)運行特性和理論。對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行了一個簡要的概況，并介紹了通風(fēng)機(jī)性能曲線及一些標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)參數(shù)，同時給出了通風(fēng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)的計算方法。第三章：監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計與選型。介紹了系統(tǒng)實現(xiàn)的功能以及系統(tǒng)的整體設(shè)計，并對監(jiān)測點在風(fēng)機(jī)上的位置進(jìn)行了布置，監(jiān)測量所用傳感器（變送器）和S300 PLC模塊分別進(jìn)行了選型。以及PLC梯形圖的設(shè)計。第四章：WinCC監(jiān)測系統(tǒng)界面設(shè)計。介紹了在WinCC組態(tài)軟件的支持下，實現(xiàn)的監(jiān)控界面。主要分為兩部分進(jìn)行闡述:第一部分輔以大量圖片說明各個子系統(tǒng)設(shè)計的過程；第二部分以文字的形式介紹了在WinCC中設(shè)計子系統(tǒng)的步驟。2 通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計需求分析 通風(fēng)機(jī)簡介 從能量轉(zhuǎn)換觀點看，通風(fēng)機(jī)是把原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的動能、壓力能和位能的一種機(jī)械。目前，礦用通風(fēng)機(jī)大多是利用旋轉(zhuǎn)葉輪傳遞能量的。按介質(zhì)在風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)葉輪內(nèi)部流動方向可分為:(1)離心式——介質(zhì)沿軸向進(jìn)入葉輪，在葉輪內(nèi)轉(zhuǎn)為徑向流出；(2)軸流式——介質(zhì)沿軸向進(jìn)入葉輪，經(jīng)葉輪后仍沿軸向流出；(3)混流式——介質(zhì)在葉輪中斜向流動通風(fēng)機(jī)的工作狀況可用流量、風(fēng)壓、功率、效率、轉(zhuǎn)速和其他參數(shù)表達(dá)。由通風(fēng)機(jī)的實際特性可知，它的流量、風(fēng)壓、軸功率和效率諸參數(shù)都是可變的，而且按一定規(guī)律變化。但通風(fēng)機(jī)在一定的管網(wǎng)中工作時，這些參數(shù)都有確定值。這些確定值可由通風(fēng)機(jī)的實際特性的風(fēng)壓特性曲線在同一坐標(biāo)圖上的管網(wǎng)特性的交點決定，稱此點為工況點。由工況點決定的各參數(shù)稱為工況參數(shù)。在正常生產(chǎn)情況下，礦用通風(fēng)機(jī)的作用可概括為三個方面：(1)為井下工作人員提供新鮮空氣；(2)沖淡和排除生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種有害氣體和粉塵；(3)調(diào)節(jié)井下微氣候。而當(dāng)井下發(fā)生爆炸、火災(zāi)等重大災(zāi)害時，通風(fēng)機(jī)還是救災(zāi)決策者用于調(diào)控災(zāi)變范圍、減少災(zāi)害損失的重要工具之一。因此礦用通風(fēng)機(jī)無論在平常還是非常情況下，對于保證礦用正常安全生產(chǎn)，維護(hù)廣大礦工的生命安全和身體健康都具有無可替代的作用。正因為如此，對礦用通風(fēng)機(jī)的選型、安裝和使用管理，也要提出以下幾點基本要求：(1)能力滿足生產(chǎn)要求；(2)性能和風(fēng)網(wǎng)相匹配；(3)高效、節(jié)能；(4)可靠性高，確保不間斷運行；(5)適應(yīng)防災(zāi)、救災(zāi)需要。滿足這些基本要求，是進(jìn)一步采用新技術(shù)的前提。在目前技術(shù)水平下，主要體現(xiàn)在通風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)測和性能測定等方面。目前全世界都面臨著能源緊缺和能源危機(jī)。我國人口眾多，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，能源消費大幅增加，但能源的開發(fā)和利用水平較低、煤炭行業(yè)更是首當(dāng)其沖，節(jié)能提效的任務(wù)十分迫切。因此，礦用通風(fēng)機(jī)這一礦山耗能大戶也就自然成了人們關(guān)注的重點。近年來，各個集團(tuán)公司、礦都在采取措施，努力提高礦用通風(fēng)機(jī)的綜合運行效益。特別是要解決風(fēng)機(jī)與風(fēng)網(wǎng)不匹配、“大馬拉小車”和通風(fēng)機(jī)綜合效率低下等問題。在這方面需要做的工作很多，其中之一就是如何準(zhǔn)確測定通風(fēng)機(jī)的性能問題。 通風(fēng)機(jī)性能監(jiān)測參數(shù)通風(fēng)機(jī)的特性曲線用來表明通風(fēng)機(jī)的靜壓、軸功率以及效率同通風(fēng)機(jī)的流量之間的變化關(guān)系。它是風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家在實驗室對通風(fēng)機(jī)模型進(jìn)行空氣動力性能試驗后，再按照相似原理換算得到的同系列型號通風(fēng)機(jī)的實際特性。將通風(fēng)機(jī)的特性曲線與相應(yīng)的網(wǎng)路特性曲線繪制在同一坐標(biāo)圖中，網(wǎng)路特性曲線與相應(yīng)的通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線的交點稱為通風(fēng)機(jī)運行工況點。在給定轉(zhuǎn)速下通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線是不變的，工況點的變化取決于網(wǎng)路特性曲線。因此可以人為地改變通風(fēng)網(wǎng)路的阻力，從而使通風(fēng)網(wǎng)路具有不同阻力系數(shù)R和不同的網(wǎng)路特性曲線。這樣，工況點變化的軌跡即為通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線。在改變通風(fēng)網(wǎng)路阻力的過程中對應(yīng)于每一個工況流量 ，測出相應(yīng)的通風(fēng)機(jī)靜壓iQ及通風(fēng)機(jī)的靜壓功率 由此按式ipiN （）計算出通風(fēng)機(jī)的靜壓效率 然后在直角坐標(biāo)系中以 為橫坐標(biāo)，以 ， ，i?iQipiN為縱坐標(biāo)，依次確定 對應(yīng)的 ， ， 等坐標(biāo)點。將各個 點用光滑曲線連i?iQpiNi i接起來，即為通風(fēng)機(jī)的流量—風(fēng)壓曲線；同理亦可得到通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量—功率曲線以及風(fēng)量—效率曲線。根據(jù)通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式的不同，其性能曲線的形狀也不同。a所示為軸流式通風(fēng)機(jī)的性能曲線圖，其特點是風(fēng)壓曲線較陡，隨風(fēng)量的增加風(fēng)壓急劇下降，功率曲線在工作段內(nèi)基本上是隨風(fēng)量的增加而逐漸下降，最高效率點為靠近風(fēng)壓曲線的上部。b為離心式通風(fēng)機(jī)的性能曲線圖，其特點是在工作段范圍內(nèi)，風(fēng)壓隨風(fēng)量的增加而逐漸下降，功率則隨風(fēng)量的增加而逐漸上升，高效點位靠近風(fēng)壓曲線的中部。通風(fēng)機(jī)性能曲線（1功率曲線，2風(fēng)壓曲線，3效率曲線） 通風(fēng)機(jī)性能測定需要的參數(shù)如下：(1)通風(fēng)機(jī)裝置的風(fēng)量，m3/s；10iiiiP??(2)通風(fēng)機(jī)裝置的風(fēng)壓，Pa；(3)大氣壓力，Pa；(4)空氣溫度，℃；(5)電機(jī)的輸入功率，kW。(6)電機(jī)的負(fù)載電流，A；(7)電機(jī)的輸入電壓，V。礦井通風(fēng)機(jī)的性能測定，是通過調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)風(fēng)阻的方法，來獲得通風(fēng)機(jī)不同的工況點，然后根據(jù)各工況點的參數(shù)繪制其性能曲線。因此，工況調(diào)節(jié)方法的選取和調(diào)節(jié)位置的確定是保證測定工作能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。改變風(fēng)機(jī)工作風(fēng)阻的方法如下：關(guān)閉兩臺風(fēng)機(jī)中的一臺，并全部打開另一臺風(fēng)機(jī)的所有風(fēng)門，采用全開啟動待測定的風(fēng)機(jī)；風(fēng)機(jī)啟動后，先測一個工況，然后根據(jù)測試速算結(jié)果確定下一工況位置，依次關(guān)閉一扇風(fēng)門，或調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，直到關(guān)閉所有風(fēng)門或調(diào)節(jié)風(fēng)門開度為零。每臺風(fēng)機(jī)測定10個工況點，以達(dá)到測定風(fēng)機(jī)的全程曲線。通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)或性能曲線總是在給定的進(jìn)氣狀態(tài)下給出的，即通風(fēng)機(jī)的性能與進(jìn)氣狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)進(jìn)氣狀態(tài)變化時，即使同一臺通風(fēng)機(jī)，其性能參數(shù)或性能曲線也是不一樣的。描述通風(fēng)機(jī)性能時最常用的狀態(tài)是所謂的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)規(guī)定通風(fēng)機(jī)進(jìn)口氣流的狀態(tài)參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)參數(shù)表測定參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)值 單位空氣溫度 20 ℃ 絕對壓力 105Pa 現(xiàn)對濕度 50 ％ 氣體常數(shù) J／（kgK） 氣體密度 Kg／m179。目前國內(nèi)多數(shù)礦用軸流式通風(fēng)機(jī)（如ZK60、2K5KZS等）其性能參數(shù)和性能曲線均是在上述狀態(tài)下給定的。實測狀態(tài)是指對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行試驗時，通風(fēng)機(jī)進(jìn)口氣流狀態(tài)。為了便于對通風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行比較，應(yīng)將通風(fēng)機(jī)實測進(jìn)氣狀態(tài)下的參數(shù)換算到標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)下的參數(shù)。在葉輪直徑D保持不變的條件下，換算公式如下 （）0Qn? （）2100pn??????? （）3100N?Q ， ——分別為實測狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的通風(fēng)機(jī)的流量，m3/s；p ， ——分別為實測狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的通風(fēng)機(jī)的靜壓，Pa；0N , ——分別為實測狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的通風(fēng)機(jī)的靜壓功率，kWρ, ——分別為實測狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)氣口的氣流密度，kg/m30?n , ——分別為實測狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。國內(nèi)大多數(shù)的礦用通風(fēng)機(jī)是以抽出式工作的，可以證明，在此情況下，通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓等于通風(fēng)機(jī)網(wǎng)路的負(fù)壓。對大型軸流式通風(fēng)機(jī)，生產(chǎn)廠家給出的是通風(fēng)機(jī)裝置的靜壓特性曲線(如2K60、2K52K5KZS等)，這為用戶的使用提供可方