【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，取 長(zhǎng)補(bǔ)短，使我國(guó)煤炭安全生產(chǎn)技術(shù)和信息化程度有了長(zhǎng)足的進(jìn)展和提高。其中，煤礦安全的內(nèi)涵也在不斷的豐富和擴(kuò)展，包括勞動(dòng)者心理健康安全、環(huán)境衛(wèi)生安全、勞動(dòng)條件安全、機(jī)器設(shè)備安全、管理保障安全、生產(chǎn)系統(tǒng)安全意識(shí)等在內(nèi)的大安全概念也正在形成。 國(guó)外煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用早于我國(guó)，技術(shù)也較我國(guó)成熟。加之法律法規(guī)的完善，安全狀況優(yōu)于我國(guó)。 20xx 年度中國(guó)煤炭百萬(wàn)噸死亡率為 ，美國(guó)為，印度為 ,俄羅斯為 ，南非為 ，中等發(fā)達(dá)國(guó)家大致為 。例如礦業(yè)安全在德國(guó)不僅包含礦井防火、防水 、防爆，而且員工的交通安全也屬其中，同時(shí)還有職工的勞動(dòng)保健。在技術(shù)上采用先進(jìn)的煤礦安全實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，在井下通過(guò)各種高級(jí)傳感器取得現(xiàn)場(chǎng)各種數(shù)據(jù)，利用數(shù)碼攝像頭將采掘現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)畫(huà)面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到總控制室，并以各種形式顯示。利用現(xiàn)代化手段使指揮中心與現(xiàn)場(chǎng)保持密切聯(lián)系，任何事故的苗頭都可以在監(jiān)控中心找到并進(jìn)行相應(yīng)的處理。美國(guó)不斷加強(qiáng)煤礦安全立法、執(zhí)法和各種教育工作，同時(shí)加大了對(duì)新技術(shù)的采用，最終使煤炭產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，勞動(dòng)生產(chǎn)率成倍提高，安全狀況大為改善，生產(chǎn)成本明顯降低，工效水平明顯提高，煤礦從業(yè)人員逐年減少，人均年 煤炭產(chǎn)量逐年增加。美國(guó)礦業(yè)安全狀況的改善得益于新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 [[7l。英國(guó)設(shè)立了礦山安全的監(jiān)查機(jī)構(gòu)，對(duì)政府負(fù)責(zé)，同時(shí)加大對(duì)新技術(shù)和新設(shè)備的推廣，使用和加強(qiáng)各種層次的安全培訓(xùn)。 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，煤礦已經(jīng)很少發(fā)生事故。英國(guó)的煤礦安全的發(fā)展對(duì)世界許多國(guó)家的煤礦的健康發(fā)展都起到了積極的作用。 近年來(lái)，國(guó)外在不斷完善現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控跟蹤預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了研究瓦斯突出的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)和突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù)。俄羅斯己經(jīng)建立了區(qū)域預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)，將突出煤層劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)和非突出危險(xiǎn)區(qū)，從而解放了一大片煤層，降低了突防工 程量。德國(guó)一直都很重視煤礦安全技術(shù)的研發(fā)，一種完全改變井下礦工工作方式的“超越現(xiàn)實(shí)”的高安全性通訊技術(shù)使得井下信息完全如實(shí)的反映在專家和技術(shù)人員面前，在有安全隱患或可疑之處讓計(jì)算機(jī)參預(yù)作出判斷，極大的降低了危險(xiǎn)概率，縮短了停工時(shí)間，提高了工作效率。將這些問(wèn)題和解決方法都存儲(chǔ)在知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)里，為新技術(shù)的革新作了大量的儲(chǔ)備，并將在未來(lái)幾年會(huì)全 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 面投入使用。另外，一些國(guó)家將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于工作面突出監(jiān)測(cè)，以達(dá)到實(shí)用化、自動(dòng)化方向發(fā)展。這些國(guó)家針對(duì)不同的突出煤層研究了相應(yīng)的配套防瓦斯突出措施及裝備，俄羅斯利用聲發(fā)射監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)對(duì)采掘工藝進(jìn)行了隨機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了工作面作業(yè)的自我保護(hù)。波蘭和法國(guó)對(duì)煤層突出危險(xiǎn)進(jìn)行了分級(jí)，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)管理。 ??3 ??6 ??7 ??8 本文的主要 工作 礦井主扇風(fēng)機(jī)是向井下送風(fēng)的重要設(shè)備，也是大型耗能設(shè)備，對(duì)其實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控，使之始終運(yùn)行在良好狀態(tài)，對(duì)于保障煤礦安全生產(chǎn)，保護(hù)礦工生命和企業(yè)財(cái)產(chǎn)安全，保證企業(yè)節(jié)能提效具有重要意義。 主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控 系統(tǒng) 需要 實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)起、停和正反轉(zhuǎn)的全自動(dòng)化控制 ,運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 并且能在運(yùn)行參數(shù)異常時(shí)發(fā)出報(bào)警 ,避免 原先人工觀察數(shù)據(jù)可能存在的疏漏。 具體如下： 1) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)壓、風(fēng)速風(fēng)量、軸承溫度、定子溫度、電網(wǎng)電流、電壓、功率、電機(jī)與風(fēng)機(jī)效率、風(fēng)峒大氣參數(shù)（溫度、濕度、大氣壓力）等風(fēng)機(jī)運(yùn)行各種參數(shù)； 2) 監(jiān)測(cè)風(fēng)門位置、風(fēng)機(jī)開(kāi)停狀態(tài)、控制風(fēng)門開(kāi) /關(guān)、風(fēng)機(jī)啟 /停； 3) 系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)的模擬顯示，當(dāng) 參數(shù)超出其取值范圍時(shí)，會(huì)報(bào)警 提示，同時(shí)系統(tǒng)還提供了歷史趨勢(shì)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)等查詢形式。 4) 通過(guò)動(dòng)畫(huà)鏈接的設(shè)置，使風(fēng)門、風(fēng)機(jī)的動(dòng)作能夠真實(shí)的模擬現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備狀態(tài)及其動(dòng)作情況。 本章小結(jié) 本章 簡(jiǎn)單介紹 了煤礦 主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及 趨勢(shì) ，結(jié)合王莊煤礦主扇風(fēng)機(jī)現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)，得出本論文的工作目的及意義。 2 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能分析 通風(fēng)機(jī) 結(jié)構(gòu)和工作原理 通風(fēng)機(jī)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，因此自然成為風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的首要監(jiān)測(cè)對(duì)象。鑒于通風(fēng)作業(yè)在煤礦安全生產(chǎn)中占據(jù)的至關(guān)重要的地位與作用，在通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都毫無(wú)例外地體現(xiàn)了系統(tǒng)冗余的思想，即重復(fù)配置兩臺(tái)相同的通風(fēng)機(jī)組，互為備用，確保通風(fēng)作業(yè)的不間斷性。 本系統(tǒng)采用的是燕京風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的 BD(K)系列煤礦用 防爆對(duì)旋式 主扇通風(fēng)機(jī)2臺(tái)，這是一種典型的軸流式通風(fēng)機(jī)。 BD(K)系列抽流式對(duì)旋式通風(fēng)機(jī)具有壓力增 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 益大，效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和軸向尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。 在離心風(fēng)機(jī)中，氣流在葉輪內(nèi)的流動(dòng)是徑向的。而在軸流風(fēng)機(jī)中，氣流在葉輪內(nèi)是沿軸向流動(dòng)的。 軸流風(fēng)機(jī)由整流罩、葉輪、導(dǎo)葉、整流體、集風(fēng)器及擴(kuò)散筒等組成。如軸流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 ： 其中葉輪是回轉(zhuǎn)的，稱為轉(zhuǎn)子，其他部分則是固定的。工作時(shí)氣流從集風(fēng)器進(jìn)入，通過(guò)葉輪時(shí)氣流獲得能量，然后流入導(dǎo)葉，使氣流轉(zhuǎn)為軸向；最后，氣流通過(guò)擴(kuò)散筒，將部分軸向氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)?靜壓能。氣流從擴(kuò)散筒流出后，輸入管道中。 ??9 ??10 ??11 ??12 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求和功能設(shè)計(jì) 煤礦主通風(fēng)機(jī)作為煤礦的 “ 肺臟 ” ，它的運(yùn)行正常與否，直接關(guān)系到整個(gè)煤礦的生產(chǎn)安全。同時(shí)它又是煤礦主要設(shè)備中的耗能大戶，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)煤礦的經(jīng)濟(jì)效益也具有重要意義。所以 要求 給予 的 配套在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅可 以 實(shí)現(xiàn)對(duì)主通風(fēng)機(jī)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，及時(shí)掌握主通風(fēng) 機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，提高主通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化管理水平，有力地保障主通風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)、可靠、安全的運(yùn)行，同時(shí)也要 為設(shè)備的管理和維護(hù)提高 可靠的科學(xué)依據(jù)。 本系統(tǒng)的主要的功能包括：在線測(cè)量與處理風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括：風(fēng)機(jī)入口靜壓、入口溫度（即井下排出氣體溫度）、全壓、風(fēng)速、流量、電機(jī)的軸承溫度、定子繞組溫度、電機(jī)輸入電壓、電流、功率和總功率；以及風(fēng)機(jī)效率、風(fēng)機(jī)擺動(dòng)圖 1422 軸流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖 軸流風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 集風(fēng)器 整流罩 葉輪 導(dǎo)葉 整流體 擴(kuò)散筒 1 11 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 等；還可用于煤礦主通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)檢測(cè)，提供可靠完整的測(cè)試數(shù)據(jù)。??12 ??13 ??14 系統(tǒng)的基本功能 ： （ 1）在屏幕上以各種圖形和數(shù)字方式顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)；集中定位顯示在線測(cè)量與處理的風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并以指定的時(shí)間間隔刷新，通常以每分鐘為時(shí)間間隔單位進(jìn)行存儲(chǔ)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并記錄每分鐘的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便發(fā)生故障時(shí)能夠查詢，便于各種參數(shù)的直接定位觀察和調(diào)用； （ 2）各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及查詢：風(fēng)壓、風(fēng)量、定子溫度和軸承溫度、電機(jī)功率、風(fēng)機(jī)振動(dòng)等監(jiān)測(cè)參數(shù)定時(shí)存儲(chǔ)在硬盤中，以便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表的按班或按月輸出打印，也為管理部門（如通風(fēng)科、調(diào)度室等）查 看、分析和追朔有關(guān)數(shù)據(jù)提供方便，以利強(qiáng)化通風(fēng)機(jī)的管理，系統(tǒng)可保存一至三年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的記錄數(shù)據(jù)（視存儲(chǔ)介質(zhì)空間的大?。?； （ 3）可以動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)曲線圖形方式顯示在線測(cè)量與處理的風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，便于觀察不同時(shí)間段各參數(shù)的變化趨勢(shì)； （ 4）實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的報(bào)警信息，實(shí)時(shí)報(bào)警打印，并提供報(bào)警歷史信息的查詢；以多種形式對(duì)在線測(cè)量與處理的風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)超限值報(bào)警： ； ； ； 。 本章小結(jié) 本章結(jié)合王莊煤 礦的實(shí)際情況主要介紹了軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并分析了 該監(jiān)控系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能要求。 3 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 概述 組態(tài)軟件是指數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)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(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的適應(yīng)方法，其預(yù)設(shè)的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和 I/O 設(shè)備，與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟、硬件 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 的全部接口，進(jìn) 行系統(tǒng)集成。 ??17 常見(jiàn)組態(tài)軟件簡(jiǎn)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(duì)幾種 常見(jiàn) 組態(tài)軟件分別進(jìn)行介紹 [4]： (1) InTouch： Wonderware 的 InTouch 軟件是最早進(jìn)入我國(guó)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(kù)。但是，早期 的 InTouch 軟件采用 DDE方式與驅(qū)動(dòng)程序通信，性能較差，最新的 版已經(jīng)完全基于 32 位的 Windows 平臺(tái) 。 (2) Fix： Intellution 公司以 Fix 組態(tài)軟件起家， 1995 年被愛(ài)默生收購(gòu)，現(xiàn)在是愛(ài)默生集團(tuán)的全資子公司， Intellution 將自己最新的產(chǎn)品系列命名為 iFiX，在 iFiX中， Intellution 提供了強(qiáng)大的組態(tài)功能。 在 iFiX 中， Intellution 的產(chǎn)品與 Microsoft的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了緊密的集成。 (3) Citech： CiT 公司的 Citech 也是較早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的產(chǎn)品。 Citech 具有簡(jiǎn)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(yǔ)言的腳本語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，但與 iFix 不同的是， Citech 的腳本語(yǔ)言并非是面向?qū)ο蟮模穷愃朴?C 語(yǔ)言，這無(wú)疑為用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)增加了難度。 (4) WinCC： Simens 的 WinCC 也是一套完備的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境 ， Simens 提供類C 語(yǔ)言的腳本，包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。 WinCC 的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用戶最好經(jīng)過(guò) Simens的培訓(xùn)以掌握 WinCC 的應(yīng)用。 (5) 組態(tài)王：組態(tài)王是國(guó)內(nèi)第一家較有影響的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)公司（更早的品牌多數(shù)已經(jīng)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(guān) 鍵字的腳本語(yǔ)言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動(dòng)程序。 (6) Controx（開(kāi)物）：華富計(jì)算機(jī)公司的 Controx20xx 是全 32 位的組態(tài)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為工控用戶提供了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)警、數(shù)據(jù)報(bào)表及報(bào)告功能。 (7) ForceControl（力控）：大慶三維公司的 ForceControl（力控）從時(shí)間概念上來(lái)說(shuō)，大慶三維公司的 ForceControl（力控）也是國(guó)內(nèi)較早就已經(jīng)出現(xiàn)的組態(tài)軟件之一。 ??15 組態(tài)軟件的組成及其基本功能 無(wú)論是美國(guó) Wonderware公司推出的世界上第一個(gè)工控組態(tài)軟件 Intouch還是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的各類組態(tài)軟件，在工業(yè)應(yīng)用中整個(gè)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)基于面向?qū)ο蟮乃枷?，達(dá)到系統(tǒng)的高度模塊化設(shè)計(jì)，一般都是由系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 (或稱組態(tài)環(huán)境 )與系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境兩大部分組成。它們之間的聯(lián)系紐帶是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) [21]。 以 Intouch組態(tài)軟件的運(yùn)作機(jī)理（如圖 ）為例進(jìn)行說(shuō)明 [3]。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 圖 InTouch 組態(tài)軟件的運(yùn)作機(jī)理 (1) 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境。它是自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)人員為實(shí)施其控制方案 ，在組態(tài)軟件的支持下進(jìn)行應(yīng)用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境。通過(guò)建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)，供系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行時(shí)使用。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境由若干個(gè)組態(tài)程序組成，如圖形界面組態(tài)程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)程序等。 (2) 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下，目標(biāo)應(yīng)用程序被裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并投入實(shí)時(shí)運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境由若干個(gè)運(yùn)行程序組成，如圖形運(yùn)行程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行程序等。是直接針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作使用的。 工控組態(tài)軟件支持在線組態(tài)技術(shù)，即在不退出系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的情況下，可以直接進(jìn)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(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員能夠方便地進(jìn)行圖形界面的設(shè)計(jì)、繪制、數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)點(diǎn)定義、通訊端口設(shè)置等組態(tài)工作，建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)，供系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行時(shí)使用。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境應(yīng)該具備以下幾個(gè)基本功能 [21]： 1） 數(shù)據(jù)通信。包括與現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置、智能儀表的通信；和上一級(jí)調(diào)度單元的數(shù)據(jù)通信功能。 2） 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下位機(jī)裝置的運(yùn)行情況，對(duì)裝置模擬量、開(kāi)關(guān)量的變化都能夠進(jìn)行相應(yīng)的正確處理。 3） 對(duì)下位機(jī)裝置 的控制和操作。 如遙控分、合閘，更新裝置時(shí)間，遙控裝置復(fù)位，修改裝置保護(hù)定值等 。 4）數(shù)據(jù)分析和整理等幾個(gè)功能。如系統(tǒng)報(bào)警記錄、 操作記錄、 歷史數(shù)據(jù)查詢等 。 組態(tài)軟件的主要特點(diǎn) (1) 延續(xù)性和可擴(kuò)充性。組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶