基于组态软件的煤矿主扇风机监控系统设计毕业论文(编辑修改稿)

基于组态软件的煤矿主扇风机监控系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

学习国外先进经验，取 长补短，使我国煤炭安全生产技术和信息化程度有了长足的进展和提高。 其中，煤矿安全的内涵也在不断的丰富和扩展，包括劳动者心理健康安全、环境卫生安全、劳动条件安全、机器设备安全、管理保障安全、生产系统安全意识等在内的大安全概念也正在形成。 国外煤矿监控系统的开发应用早于我国，技术也较我国成熟。 加之法律法规的完善，安全状况优于我国。 20xx 年度中国煤炭百万吨死亡率为 ，美国为，印度为 ,俄罗斯为 ，南非为 ，中等发达国家大致为。 例如矿业安全在德国不仅包含矿井防火、防水 、防爆，而且员工的交通安全也属其中，同时还有职工的劳动保健。 在技术上采用先进的煤矿安全实时监控系统，在井下通过各种高级传感器取得现场各种数据，利用数码摄像头将采掘现场的实时画面通过网络传到总控制室，并以各种形式显示。 利用现代化手段使指挥中心与现场保持密切联系，任何事故的苗头都可以在监控中心找到并进行相应的处理。 美国不断加强煤矿安全立法、执法和各种教育工作，同时加大了对新技术的采用，最终使煤炭产量大幅度增长，劳动生产率成倍提高，安全状况大为改善，生产成本明显降低，工效水平明显提高，煤矿从业人员逐年减少，人均年 煤炭产量逐年增加。 美国矿业安全状况的改善得益于新技术的开发与应用 [[7l。 英国设立了矿山安全的监查机构，对政府负责，同时加大对新技术和新设备的推广，使用和加强各种层次的安全培训。 20 世纪 90 年代以来，煤矿已经很少发生事故。 英国的煤矿安全的发展对世界许多国家的煤矿的健康发展都起到了积极的作用。 近年来，国外在不断完善现场监控跟踪预测的基础上，开展了研究瓦斯突出的动态预测技术和突出危险区域预测技术。 俄罗斯己经建立了区域预测预报专家系统，将突出煤层划分为突出危险区和非突出危险区，从而解放了一大片煤层，降低了突防工 程量。 德国一直都很重视煤矿安全技术的研发，一种完全改变井下矿工工作方式的“超越现实”的高安全性通讯技术使得井下信息完全如实的反映在专家和技术人员面前，在有安全隐患或可疑之处让计算机参预作出判断，极大的降低了危险概率，缩短了停工时间，提高了工作效率。 将这些问题和解决方法都存储在知识数据库里，为新技术的革新作了大量的储备，并将在未来几年会全 中国矿业大学 20xx 届本科生毕业设计 第 4 页 面投入使用。 另外，一些国家将声发射技术应用于工作面突出监测，以达到实用化、自动化方向发展。 这些国家针对不同的突出煤层研究了相应的配套防瓦斯突出措施及装备，俄罗斯利用声发射监测 系统对采掘工艺进行了随机控制，实现了工作面作业的自我保护。 波兰和法国对煤层突出危险进行了分级，实现了科学管理。 3 6 7 8 本文的主要 工作 矿井主扇风机是向井下送风的重要设备，也是大型耗能设备，对其实现在线监测监控，使之始终运行在良好状态，对于保障煤矿安全生产，保护矿工生命和企业财产安全，保证企业节能提效具有重要意义。 主扇风机监控 系统 需要 实现风机起、停和正反转的全自动化控制 ,运行数据的实时监测， 并且能在运行参数异常时发出报警 ,避免 原先人工观察数据可能存在的疏漏。 具体如下： 1) 实时监测风压、风速风量、轴承温度、定子温度、电网电流、电压、功率、电机与风机效率、风峒大气参数（温度、湿度、大气压力）等风机运行各种参数； 2) 监测风门位置、风机开停状态、控制风门开 /关、风机启 /停； 3) 系统主要运行参数的模拟显示，当 参数超出其取值范围时，会报警 提示，同时系统还提供了历史趋势、实时趋势等查询形式。 4) 通过动画链接的设置，使风门、风机的动作能够真实的模拟现场 设备状态及其动作情况。 本章小结 本章 简单介绍 了煤矿 主扇风机监控系统的发展现状及 趋势 ，结合王庄煤矿主扇风机现有的监控系统，得出本论文的工作目的及意义。 2 风机监控系统的功能分析 通风机 结构和工作原理 通风机是矿井通风系统的核心设备，因此自然成为风机监测系统的首要监测对象。 鉴于通风作业在煤矿安全生产中占据的至关重要的地位与作用，在通风系统的设计中都毫无例外地体现了系统冗余的思想，即重复配置两台相同的通风机组，互为备用，确保通风作业的不间断性。 本系统采用的是燕京风机厂生产的 BD(K)系列煤矿用 防爆对旋式 主扇通风机2台，这是一种典型的轴流式通风机。 BD(K)系列抽流式对旋式通风机具有压力增 中国矿业大学 20xx 届本科生毕业设计 第 5 页 益大，效率高，结构简单和轴向尺寸小等优点。 在离心风机中，气流在叶轮内的流动是径向的。 而在轴流风机中，气流在叶轮内是沿轴向流动的。 轴流风机由整流罩、叶轮、导叶、整流体、集风器及扩散筒等组成。 如轴流风机结构简图 ： 其中叶轮是回转的，称为转子，其他部分则是固定的。 工作时气流从集风器进入，通过叶轮时气流获得能量，然后流入导叶，使气流转为轴向；最后，气流通过扩散筒，将部分轴向气流的动能转变为 静压能。 气流从扩散筒流出后，输入管道中。 9 10 11 12 风机监控系统的控制要求和功能设计 煤矿主通风机作为煤矿的 “ 肺脏 ” ，它的运行正常与否，直接关系到整个煤矿的生产安全。 同时它又是煤矿主要设备中的耗能大户，其经济运行对煤矿的经济效益也具有重要意义。 所以 要求 给予 的 配套在线监测系统不仅可 以 实现对主通风机的在线实时监测和控制，及时掌握主通风 机的运行参数和运行状态，提高主通风机的自动化管理水平，有力地保障主通风机经济、可靠、安全的运行，同时也要 为设备的管理和维护提高 可靠的科学依据。 本系统的主要的功能包括：在线测量与处理风机运行参数，包括：风机入口静压、入口温度（即井下排出气体温度）、全压、风速、流量、电机的轴承温度、定子绕组温度、电机输入电压、电流、功率和总功率；以及风机效率、风机摆动图 1422 轴流风机结构简图 图 轴流风机结构简图 集风器 整流罩 叶轮 导叶 整流体 扩散筒 1 11 中国矿业大学 20xx 届本科生毕业设计 第 6 页 等；还可用于煤矿主通风机气动性能的现场自动检测，提供可靠完整的测试数据。 12 13 14 系统的基本功能 ： （ 1）在屏幕上以各种图形和数字方式显示实时监测参数；集中定位显示在线测量与处理的风机运行参数，并以指定的时间间隔刷新，通常以每分钟为时间间隔单位进行存储各种监测数据，并记录每分钟的各种监测数据，以便发生故障时能够查询，便于各种参数的直接定位观察和调用； （ 2）各种监测数据的存储及查询：风压、风量、定子温度和轴承温度、电机功率、风机振动等监测参数定时存储在硬盘中，以便用户进行数据报表的按班或按月输出打印，也为管理部门（如通风科、调度室等）查 看、分析和追朔有关数据提供方便，以利强化通风机的管理，系统可保存一至三年甚至更长时间的记录数据（视存储介质空间的大小）； （ 3）可以动态的实时曲线图形方式显示在线测量与处理的风机运行参数，便于观察不同时间段各参数的变化趋势； （ 4）实时显示系统的报警信息，实时报警打印，并提供报警历史信息的查询；以多种形式对在线测量与处理的风机运行参数超限值报警： ； ； ；。 本章小结 本章结合王庄煤 矿的实际情况主要介绍了轴流风机的结构和工作原理，并分析了 该监控系统所要实现的功能要求。 3 监控系统的软件设计 组态软件简介 概述 组态软件是指数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境中能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的适应方法，其预设的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和 I/O 设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件 中国矿业大学 20xx 届本科生毕业设计 第 7 页 的全部接口，进 行系统集成。 17 常见组态软件简介 目前工业控制监控系统已有的组态软件有很多， 下面就对几种 常见 组态软件分别进行介绍 [4]： (1) InTouch： Wonderware 的 InTouch 软件是最早进入我国的组态软件。 在 80年代末 、 90 年代初，基于 的 InTouch 软件曾让我们耳目一新，并且InTouch 提供了丰富的图库。 但是，早期 的 InTouch 软件采用 DDE方式与驱动程序通信，性能较差，最新的 版已经完全基于 32 位的 Windows 平台。 (2) Fix： Intellution 公司以 Fix 组态软件起家， 1995 年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司， Intellution 将自己最新的产品系列命名为 iFiX，在 iFiX中， Intellution 提供了强大的组态功能。 在 iFiX 中， Intellution 的产品与 Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。 (3) Citech： CiT 公司的 Citech 也是较早进入中国市场的产品。 Citech 具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。 Citech提供了类似 C 语言的脚本语言进行二次开发，但与 iFix 不同的是， Citech 的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于 C 语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。 (4) WinCC： Simens 的 WinCC 也是一套完备的组态开发环境 ， Simens 提供类C 语言的脚本，包括一个调试环境。 WinCC 的结构较复杂，用户最好经过 Simens的培训以掌握 WinCC 的应用。 (5) 组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司（更早的品牌多数已经湮灭）。 组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关 键字的脚本语言支持。 组态王也提供多种硬件驱动程序。 (6) Controx（开物）：华富计算机公司的 Controx20xx 是全 32 位的组态开发平台，为工控用户提供了强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报告功能。 (7) ForceControl（力控）：大庆三维公司的 ForceControl（力控）从时间概念上来说，大庆三维公司的 ForceControl（力控）也是国内较早就已经出现的组态软件之一。 15 组态软件的组成及其基本功能 无论是美国 Wonderware公司推出的世界上第一个工控组态软件 Intouch还是现在国内的各类组态软件，在工业应用中整个系统的分析和设计基于面向对象的思想，达到系统的高度模块化设计，一般都是由系统开发环境 (或称组态环境 )与系统运行环境两大部分组成。 它们之间的联系纽带是实时数据库 [21]。 以 Intouch组态软件的运作机理（如图 ）为例进行说明 [3]。 中国矿业大学 20xx 届本科生毕业设计 第 8 页 图 InTouch 组态软件的运作机理 (1) 系统开发环境。 它是自动化工程设计人员为实施其控制方案 ，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。 通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。 系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。 (2) 系统运行环境。 在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。 系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形运行程序、实时数据库运行程序等。 是直接针对现场操作使用的。 工控组态软件支持在线组态技术，即在不退出系统运行环境的情况下，可以直接进入组态环境并修改组态，而且修 改后的组态可以直接生效。 16 在系统组态环境下，现场工程技术人员能够方便地进行图形界面的设计、绘制、数据连接，数据点定义、通讯端口设置等组态工作，建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。 系统运行环境应该具备以下几个基本功能 [21]： 1） 数据通信。 包括与现场保护装置、智能仪表的通信；和上一级调度单元的数据通信功能。 2） 数据监测。 实时监测下位机装置的运行情况，对装置模拟量、开关量的变化都能够进行相应的正确处理。 3） 对下位机装置 的控制和操作。 如遥控分、合闸，更新装置时间，遥控装置复位，修改装置保护定值等。 4）数据分析和整理等几个功能。 如系统报警记录、 操作记录、 历史数据查询等。 组态软件的主要特点 (1) 延续性和可扩充性。 组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户。