风机监控系统软件设计设计

1、本科生毕业设计设计题目：风机监控系统 软件设计中国矿业大学毕业设计任务书毕业设计题目：风机监控系统一一软件设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：本文分析了基于 MCGS的风机监控系统的软件设计，并给出 了一种实现方案。1、实时监测风机风压（静压、全压）、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、反风信号和电机编号等风机运行多种状态信息；控制风门开/关、风机启/停；3、具有现场控制、远程控制、手动控制等多种控制方式。毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重

2、承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。 尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体， 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名: 指导教师签名：日 期：日 期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化

3、或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分 或全部内容。作者签名： 日 期：院长签字:指导教师签字:学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论

4、文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。导师签名:日期： 年 月作者签名：日期：年月日注意事项1. 设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准圭寸面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2. 论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、 程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2

5、万字。3附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4. 文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错 别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5. 装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计

6、）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度优良中及格不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力优良中及格不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况优良中及格不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优良中及格不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是

7、否有新意？设计是否有创意？优良中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“ V"）评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？优良中及格不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优良中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格建议成绩：优 良 中 及格 不及格（在所选

8、等级前的内画“ V"）指导教师：（签名）单位：（盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况优良中及格不及格3、学生答辩过程中的精神状态优良中及格不及格二、论文（设计）质量1论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优良中及格不及格三、论文（设计）水平1论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？优良

9、中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格评定成绩：优 良 中 及格 不及格 教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年 月 日教学系意见：随着我国信息化技术的发展以及安全生产要求的提高，我国大多数煤矿企业生产过程中都采用了各种各样的煤矿监控系统，然而，每年煤矿事故总是接连不断，一 些统计数据表明，瓦斯灾害事故是煤矿企业中经济损失最大、死亡比例最高的重大 事故之一。而预防瓦斯爆炸最主要的措施就是加强矿井通风，降低瓦斯浓度，因此 风机监控在煤矿生产中就显得尤其重要。然而实际情况中常常出现控制工程人员缺 乏计算机专业知识与计算机专业人员缺乏控制工程现场操作技术和经验的矛盾，极

10、大地阻碍了监控系统工作效率的提高，这种矛盾由于工控组态软件的产生而得以解 决。工控组态软件作为一种用户无需改变运行程序原代码的软件平台工具，为实现工业控制免去了大量烦琐的编程工作，在各个工控领域逐步展示了其独特的优势并日 渐成熟。近年来，工控组态软件被逐渐应用到风机监控系统中，收到了良好的效果。 MCGS是国内比较流行且运行比较可靠的几种工控组态软件之一。本文分析了基于MCGS的风机监控系统的软件设计，并给出了一种实现方案。关键词：信息化技术；瓦斯灾害事故；风机监控系统；工控组态软件ABSTRACTWithdevelopme nt of our country in formatizati o

11、ntech no logy and upgradeof safety in product ion require,majority coal mines en terprise all adopt all kinds of coal mine mon itored con trol system out in process of product ion of our country. However,coalmine accident always never dying in every year,some statistical datas in dicate,the gas disa

12、ster trouble is an economy loss biggest in the coal mine bus in ess en terprise , rate of death is the tallest of one of thegrave ness troubles.A nd gas explosi on leadi ng aga instmeasureamountsto strengthenventilationof mines , depress gassesstre ngth,he nee blower mon itor seems especially import

13、at in in duct ion of coal mine. however practicalsituati onofte nofferscon tradicti onengin eeri ng pers onn el lack computor professi onal kno wledge or computer professi onallack engin eeri ngtech no logyand experime ntof wellsiteoperation , hugely resists the advanee of monitoredcontrol system wo

14、rkefficie ncy, the bring and succeed in solve forth of the such con tradicti on owi ng to Con figurati on Software.the software platform in strume nt of the CONFIGurati on software by way of a sort of user dispe nse with tran sfer worki ng procedure primary code,for realize in dustrial con trol excu

15、ses ple nty tenu ous program ming work, at each labour con trol regi on gradually show unique predominance and day grew into ripe 。in recent years, labour con trol con figurati on software gradually applicati on to blower mon itored control system , receives favorable effect。MCGS is one of fashion a

16、ndresp on sible for operati ng in some kind of labour con trol con figurati on software。this paper analyses software design of the blower monitored con trol system base on MCGS, and gave out a sort of realize project.Keywords: in formatizatio n tech no logy ;the gas disastetrouble;blowermon itored c

17、on trol system;labour con trol con figurati on software1绪论11.1问题的提出及研究意义11.1.1问题的提出11.1.2研究意义21.2本课题国内外研究现状 31.3本文研究的主要目的和研究内容 41.3.1主要目的41.3.2本文研究的主要内容 52 矿井通风与主扇的经济运行 72.1引言72.2矿井主扇风机概述 72.3矿井通风系统82.4风量的调节方法82.5矿井主扇风机供电系统 82.6矿井通风与主扇的经济运行93方案总体设计1.13.1 弓 I言.1.13.2方案设计123.2.1系统主要功能 124系统的硬件设计134.1

18、引言134.2系统硬件的组成 1.44.3系统功能及要求1.54.3.1系统功能1.54.3.2系统附属要求154.4系统主要配置表164.5基本工作原理1.74.5.1PLC 的应用1.74.5.2工作原理 1.85风机监控系统-软件设计205.1 引言205.2系统MCG组态软件的简述 205.3系统的总体框图235.4风机监控系统组态255.4.1主界面画面组态255.4.2风机监测参数画面组态345.4.3历史曲线的组态 405.4.4实时曲线的组态435.4.5报警显示组态 446总结45参考文献46英文原文47中文译文55致谢611绪论随着国民经济的快速发展，国家能源工业对煤炭的需

19、求日益增长，然而煤安全 事故频繁，其中以瓦斯爆炸事故最为突出。2006年2月15日到3月19日一个多月 时间里，就发生了 5起煤矿特大瓦斯爆炸事故，共死亡165人。据国家监总局公布 的统计，全国一季度煤矿事故造成死亡的人数竟然已高达1113人，煤矿“吃人”己到了令人无法忍受的地步。目前，我国煤矿约半数矿井为高瓦斯、煤与瓦斯突出 矿井，瓦斯始终是我国煤矿安全的最大威胁。本文开发了基于MCGS&态软件的风机监控系统，有效地监测并控制井下有害气体和其他影响井下工作人员健康的参 数。从而有效地减少了煤矿自然灾害的发生。1.1问题的提出及研究意义1.1.1问题的提出众所周知，煤矿井下生产过程中时

20、时刻刻都受到“水、火、瓦斯、顶板”五大 自然灾害的威胁，其中，瓦斯煤尘爆炸事故能使矿毁人亡，危害极大，为五大自然 灾害之首，为搞好矿井的“一通三防”管理工作至关重要，故“一通三防”技术的 管理为煤矿的重中之重，矿井的“一通三防”管理就是矿井通风、防治瓦斯、防治 煤尘、防灭火的技术管理简称，它的基本任务是根据党的安全方针、 政策、掌握火、 瓦斯、煤尘和地热等自然灾害的发生和发展规律， 应用科学技术手段防治各种灾害， 根据井下风流流动的规律，不断得将新鲜的风流输送到井下各个工作地点，创造良 好的气候条件，以冲淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性的气体和粉尘，以保证 井下风流的质量（成分、温度和速度）

21、和数量符合国家安全卫生标准，提供良好的 工作环境，防止各种伤害和爆炸事件事故，保障井下工作人员身体健康和生命安全， 保护国家资源和财产，在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。瓦斯灾害给煤矿带来的最大危害是威胁井下人员生命，摧毁矿井设施，迫使矿 井停产，并需要投入大量人力物力抢险救灾。据资料统计，1981 一 1995年，我国重点煤矿在加强瓦斯灾害防治的前提下，仍因瓦斯爆炸死亡1582人，瓦斯窒息死亡278人，造成直接经济损失近几亿元。我国煤矿瓦斯灾害事故仍呈不断上升趋势， 给煤矿安全生产造成极大威胁。为防治瓦斯灾害事故，国家煤炭工业局每年投入安全技术措施费近 1亿元（大 部分用于防治瓦斯

22、灾害），矿井进入成本的瓦斯灾害防治费平均达 10元/吨，有的 矿井高达30元/吨。粗略估算，从各种途径投入瓦斯灾害的防治费用每年达 20亿 元以上，给煤矿生产带来沉重的经济负担。瓦斯灾害的威胁也极大的限制了矿井生产能力的发挥。据有关资料统计，1995 年130个国有重点瓦斯矿井年设计生产能力为 9300万吨，核定生产能力为6000万 吨，仅为设计能力的60.6%。由于矿井生产能力的下降，产出减少，矿井经济效益 显著降低；正因为矿井安全生产受到威胁，矿井经济负担重，效益差，致使矿井人 员稳定困难，科技开发能力减弱，不少高瓦斯矿井步入恶性循环，最终导致矿井关 闭瓦斯灾害防治的主要目的是防治瓦斯积聚

23、，防治瓦斯煤尘爆炸。要达到这些目 的，就要求有精确、稳定、安全的风机监控系统。加强瓦斯监控可以实时发现瓦斯 灾害预兆，及时采取措施消除灾害隐患，防患于未然。 11.1.2研究意义矿井主风扇的通风是煤矿治理瓦斯、煤尘及火灾的基础，合理高效的矿井通风 系统是煤矿安全生产的基本保障。随着科学技术的发展，煤矿生产的计算机技术（网 络化）和信息化程度的不断提高，矿井开采规模迅速扩大，通风线路随之加长，通 风阻力增加，工作面配风困难，通风难度相应增加；另外，随着开采深度的增加， 由于地热、机电设备散热、气候变热等因素，致使高温矿井也逐渐增加，矿井热害 治理也成为矿井通风工作的一个重点；再者，在一些寒冷地区

24、，冬季气温很低，对 进风风流预热也成为矿井通风要解决的难题。为了解决上述的各种问题，所以对主 风扇的要求要大大的提高。人们长期习惯生活在有阳光，有比较稳定的化学成分、温度、湿度的环境中， 一旦生活在环境变化剧烈，人体将感到不舒适，甚至生病。地下开采工作的环境与 地面相比变化较大，瓦斯、矿尘、煤炭自然发火和水等事故时有发生，严重地制约 着煤矿的安全生产。为了在煤炭生产过程中创造良好的生产环境，对各种灾害切实 可行的防治，最经济、最基础的解决方法是搞好矿井通风工作。矿井通风是矿井个 生产环节中最基本的一环，他在矿井建设和生产期间始终占有重要的地位。多年时 间证明，矿井通风是煤矿安全工作的重中之重，

25、也是杜绝重大事故，实现煤矿安全 状况基本好转的关键。矿井通风的主要作用：（1）供给井下工作人员足够的新鲜空气，满足人员呼吸的需要。（2）稀释和排除井下有害气体，矿尘，有效减少事故的发生。（3）调节井下气候条件，提高生产效率。而矿井通风的关键就是矿井风机的主要作用，因此风机监控系统的研究具有重 大的意义。为了正确评价矿井的通风状况，解决煤矿通风的难题，总结矿井通风的丰富经 验和科研成果，促进煤矿安全技术的发展，减少和杜绝煤矿事故的发生，作为煤矿“四大件”之一的主扇风机，承担着煤矿瓦斯抽放，向井下输入新鲜空气的重任。中 国煤矿事故中近60%以上的事故是由于瓦斯浓度过高引起的，而中国煤矿主扇风机 监

26、测几乎全部采用的是老式的模拟仪表 ，工作人员必须定时到现场抄表，而且对风 机通风量几乎没有实现在线测量。 因此,要提高煤矿生产的安全性，减少现场噪音对 工作人员的伤害，必须解决主扇风机的自动化控制技术和监测技术。1.2本课题国内外研究现状由于我国煤炭成形的自然条件和地质条件的多变，生产条件复杂，自然灾害较 为严重。在我国众多的行业产业中，煤炭行业事故所占比重最大，占工业死亡总人 数的60%以上。目前，全国煤矿百万吨死亡率高达3左右，其中以瓦斯煤尘爆炸恶性死亡事故为最。进入新世纪以来，煤矿安全生产形势虽然有所好转，但形势依然 严峻。据统计，2001年，全国共发生煤矿事故2384起，死亡6078人

27、;2002年，全 国共发生煤矿事故3112起，死亡6528人;2003年，全国共发生煤矿事故4143 起, 死亡6424人;2004年，全国共发生煤矿事故 3853起，死亡6027人;2005年全国共 发生煤矿事故3341起，死亡5986人。这些数字足以说明煤矿安全事故给人民生命 带来的巨大伤害，给煤炭工作人员的家庭造成的极大痛苦，给国家建设造成的巨大 经济损失，产生了恶劣的社会影响和极为严重的后果。在“先抽采、监测监控、以 风定产”方针的指引下，我国科研人员和煤矿职工在自力更生、艰苦奋斗基础之上，共同努力，不断学习国外先进经验，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

28、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。2004年度中国煤炭百万吨死亡率为 3.08，美国为0.039， 印度为0.42，俄罗斯为0.34，南非为0.13，中等发达国家大致为0.451。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

29、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71。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

30、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，

31、为新技术的革新作了大量的储备，并将在未来几年会全面投入使用。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。1.3本文研究的主要目的和研究内容1.3.1主要目的随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速 覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，覆盖从工段、车间、工厂、企 业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的

32、变革，逐 步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。组态软件的应用就是顺应这 一形势发展起来的新技术。我国是一个矿产资源丰富的国家，采矿业在国民经济中占有一定比重。随着我 国改革开放不断深入发展，国民经济迅猛发展，生产力、生产关系发生了质的飞跃。 作为工业粮食的煤炭，经过上世纪九十年代的低谷以后，进入二十一世纪发生了巨 大变化。过去长期我国煤炭产量一直徘徊在 8至10吨，到1 0年时间煤炭产量翻 一番，一跃成为世界第一产煤大国。而且煤炭供需矛盾不会很快得到缓解。煤矿向 着大型化、信息化、现代化迅猛发展，急切需要高新技术装备，特别是数字技术产 品。但是，伴随生产飞速发展而来的是，安全与生产

33、的矛盾更加突出。现有的术装 备日益不能满足安全生产的要求，目前煤矿装备相当一部分还是苏联援助中国时的 五十年代技术，有的虽有改进，但还是远不能满足数字时代安全的要求。煤矿安全 生产迫切要求更可靠、灵敏、准确、更安全的数字化产品装备。煤矿安全监控系统 正是基于上述前提下提出的。煤矿风机监控系统是一个集计算机、网络、数据库、自动检测与自动控制、传 感器与执行机构技术为一体的多学科综合性自动化系统，主要用于矿井全生的监测、控制、分析、综合决策及调度等。煤矿风机监控系统主要由系统上位机（监控 主机），通信适配卡（器），中继器，总线转换网桥和系统智能节点五种类型的节点 组成。其中，系统上位机是整个矿井风

34、机监控系统中最复杂的站点，它的设计好坏 直接关系到整个煤矿风机监控系统能否正常运行。传统的系统方案中，系统上位机 采用集中控制方式，在实际施工以及系统运行过程中，集中式矿井安全监控系统存 在接线复杂、维修困难、危险集中等缺点。为了克服上述缺点，可采用PLC来设计新型的基于MCG组态软件的煤矿风机监控系统。煤矿生产中安全问题是最关键的问题，在煤矿监控系统中应用成本低、功能全、 性能可靠的现场总线技术已逐渐成为节约成本，确保安全的必要手段。近年来国产 的组态软件的发展和完善使其在众多总线技术中脱颖而出，成为煤矿风机监控的首 选软件。煤矿井下监测点星罗棋布、系统庞大、传输距离远、生产环境恶劣，作为一

35、种具有本安性的分布式智能网络，本软件结合PLC能将监测点做到彻底的分散（在一个网络内可带32000多个节点），可以满足矿井安全监控的要求。在矿井监控系统 中主要包括矿井环境参数及工矿参数的监测与控制。环境参数主要有瓦斯浓度、风 速、温度、风筒压力等，每一种需要监测的参数和控制仪器都对应相应的智能节点， 节点通过收发器接入总线网络进行通信，也可以与上位机进行通信实现必要的监 控。系统根据监测到参数就地进行控制和发出报警信号。21.3.2本文研究的主要内容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

36、财产安全，保证企业节能提效具有重要意义。矿井主风机网络在线监控系统，综合利用现代传感技术、微电子技术、自动控制技 术、计算机技术、网络通讯技术，基于企业计算机网络实现主风机运行参数、通风 数据的实时监测与风机主辅设备控制的一体化，监测内容丰富，控制功能完善，具 有实时性强、安全可靠、操作方便、易学易用的特点。主扇风机监控系统实现了风机的起、停和正反转的全自动化控制 ，运行数据的实时 监测、存储和数据的网络发布与共享。并且能在运行参数异常时发出报警 ，避免了 原先人工观察数据可能存在的疏漏。系统带有冗余设计，可以封锁PLC信号,进行手 动控制。（1） 系统稳定性高由于采用的是西门子200系列的P

37、LC，内部采用集成电路，无触点控制，元器件的 寿命几乎不受影响，与继电器接触控制装置相比,PLC更能适应工业现场恶劣的生 产环境。（2 ）自动化集成度高系统实现了主扇风机的自动化控制，自动采集了风机几乎所有的运行参数，并 能实现异常时的报警。系统对数据进行管理和企业内局域网发布 ，授权人员可以网 上浏览监测数据。同时系统留有扩展空间，可对主扇风机实现在线智能故障诊断。（3）操作安全方便上位机软件采用的国产组态软件 MCGS寸不同安全等级的操作区域系统有对应 不同等级的密码保护级别。操作人员必须按用户名和对应密码登录，才能操作相应区域。对日常操作外的主扇风机起、停机和反风操作实行高级别的密码保护

38、，只有通过口令确认才可以操作，杜绝了非专业人员的误动作，保证了主扇风机的安全、稳 定运行。该系统主要由PLC测控系统、上位机冗余组态软件系统、视频监视系统三大部 分组成。系统特点（1）PLC测控系统采用双CPU能够快速准确可靠地完成监测监控功能；（2）上位机应用软件采用冗余组态软件系统，使得系统更加安全可靠；（3）系统可根据现场应用需求灵活配置，伸缩性强；（4）测控功能上的网络化、 WE化。2矿井通风与主扇的经济运行2.1引言煤矿主扇是大功率长时连续运行的大型设备， 耗电量高，据统计，1986年我国 统配煤矿在运转的主扇共1078台，总功率为367084kVy平均效率为52,8。运转效 率小于

39、50%勺占总数的40,500，大于5000、小于60%勺占57,800，大于60%勺仅占 1,7%。全国统配煤矿平均主扇电耗占全矿总电耗的声 M右，部分矿井高达20-25% 因此，实现主扇经济运行对节电和改善矿井经济指标具有重要意义。2.2矿井主扇风机概述金源矿地面主扇风机使用的是山东淄博风机厂生产的对旋式轴流风机2台。其整体性好，并且采用内置防爆电机拖动，不受外界干扰。风机的主要特点是：1 、该风机采用电机与叶轮直联的方法，简化了传动结构，改变了当前煤矿抽 出式轴流风机全部采用皮带轮传动或长轴传动的复杂结构，使维修和操作方便。2 、该风机配套电机为YB系列的YBFe派生系列，隔爆型三相异步电

40、机。电机 置于全封闭型，并具有一定耐压强度的密闭散热罩中并于外界非瓦斯气相通。使电 机始终处于无瓦斯空气之中运行，起到了双重隔爆效果。3 、风机与扩散器之间设置后导叶，以提高静压效率，使得节能效果显著。与目前使用的局扇群相比，可节电六倍，与离心式风机相比可节电40%.4 、该机可以反转反风，不必另设反风道，具有节约基建投资和反风速度快的 优点。5 、叶轮的叶片安装角度可以调整，其范围为:30度、33度、36度、39度、42 度五个角度级。在使用同一规格风机中，可根据生产扩大的要求来调整叶片安装角度。6 、该机配置了防止摩擦火花装置，确保了整机安全防爆性能。7 、该机采用特殊设计，性能曲线无驼峰

41、，在任何网络阻力情况下，均能稳定 运行。2.3矿井通风系统主通风机是煤矿的四大固定设备之一，为了保证通风的安全正常持续运行，通 风系统设有以下几部分，其中有两个风洞，互为备用。保证在风机发生事故或者检 修时的安全生产。(1) 地面风道闸门：风机入口前设垂直闸门，主要用来调节风量和倒换风机。(2) 通风管道:风机风道处安装了测量差压，静压的气样管道及流体温度传感 器。(3) 风门电机：主要来开关风道闸门，为38OV低压电机，容量为1klV。共有4 台，分别用于开关风道闸门和检修。矿地面主扇风机还有两个旋转风们用于检修时 风道的入口。矿地面主扇风机系统中，每一台风机的两台电机扇叶的数量和角度时不同

42、的， 其中一级电机要比二级电机的扇叶数量多，角度大。2.4风量的调节方法由于在矿地面主扇风机系统中，采用的风机是无法实现调速的轴流式风机，所 以风量的调节只能依靠两个垂直风门提起的高度，和调节风机扇叶的数量和角度。由于调节风机的扇叶数量和角度在实际生产中调节比较困难，在正常的生产 中，通过调节两个垂直风门提起的高度来调节风量是最常用也是最为普遍和简单的 方式。2.5矿井主扇风机供电系统风机的供电系统采用了室外箱式一体化结构。按功能划分为高压配电室，低压 配电室，变压器室。风机系统的主要设备：(1) 高压电机：高压电机:每台风机安装有两台6kv高压异步电动机，电机容量 为315kW电机安装了三相

43、定子和前后轴承温度传感器。(2) 变压器:为了保证附属设备的可靠工作，安装了两台50kva，为低压柜提 供供电。变压器安装了温度监控器，监控 3相温度，当温度超限能自动启停风机降（3）进线柜：包括两台进线柜，为风机系统的两台进线开关。（4）联络柜:实现风机供电系统的母线联络。（5）换向柜:两台换向柜，由接触器组成。主要实现两台风机电机的正反转。（6）箱变房:采用一体化设计，外观整洁大方，按功能划分为高压配电室，低压配电室，变压器室，PLC控制室。箱变房安装通风机和温度传感监控装置，能 根据温度自动启停风机进行散热。2.6矿井通风与主扇的经济运行（1）实现主扇经济运行的对策与措施如前所述，影响主

44、扇经济运行的因素较多，因此，欲要实现其经济运行必须从 通风设计、设备选型、生产安排、通风系统、工程质量和科学管理等多方面采取措 施。方能取得效果。但关键是通风设计合理，并符合实际，通风设计实质上有两大 中心任务:一是确定通风系统，二是选择风机。1 、矿井通风系统设计合理，并力求符合矿井通风系统合理与否，对矿井安全2-3生产会发生长远的影响，通风设计之前应有可靠的安全技术资料，如煤层瓦斯含量 和涌出量、生产发展规划、采区布局和接替安排等。据此，合理地确定通风系统参 数不变化或变化的时间区间。在进行通风设计时既要兼顾各时间区段的安全生产， 又要进行通风指标优化，力求做到所设计通风系统的网络结构、阻

45、力和风量与投产 后的实际情况基本符合，这是实现主扇经济运行的基础。网络结构合理是通风系统 合理的重要内容。所谓网络结构合理就是通风系统和通风能力在适应不同时间区段 的安全生产需要的同时，人为增阻调节量尽可能小，即矿井实际通风阻力尽量接近 自然分风（不加调节设施时的）阻力。在确定矿井通风设计方案时，要认真拟定 个可行的方案进行技术、经济和安全比较，权衡利弊慎重确定。32 、风机选型合理选择效率高，高效区范围宽和调节性能好的风机是实现主扇经济运行的必要条 件，为此要求：（1）风量计算和分配符合实际风量计算是通风设计的主要内容，其结果是选择主扇的重要依据之一。计算的 风量与实际符合程度，将决定实际工

46、况点与设计工况点是否接近，即决定主扇是否 在高效区运行。对于高沼矿井，计算风量的依据主要是瓦斯涌出量。因此，瓦斯涌出量预测的 准确程度至关重要。对于低沼的高温矿井，一般是以降温和改善矿井气候条件作为风量依据。这就 要求在通风设计之前，要准确地进行风温预测。选用符合实际的风量计算方法，各种计算风量的系数，如风量备用系数、沼气 涌出不均匀系数以及漏风系数等，应在充分调研并参照条件类似的生产矿井的供风 标准适当选取。（2）主扇服务期内其最大和最小的工作压力预算准确矿井通风阻力是选择主扇的另一个主要参数。在进行阻力计算之前，应根据矿 井和采区的生产能力，从实际出发进行配产并安排好采掘接替，并制成表格，

47、根据 通风系统类型，对各条通路的长短及通过风量大小进行比较确定主扇服务期内的通 风容易和困难时期，然后再对每个时期内的采掘面所在通路的阻力大小进行比较， 确定两个时期的最大阻力路线，计算其总阻力。在此基础上计算主扇的最大和最小 工作压力。（3）选择性能良好且与网络相匹配的主扇和电机技术经济性能良好的风机和匹配性好的电机是主扇装置经济运行的前提 条件，因此，无论是新建矿井，还是生产矿井主扇更新，都应强调设备选型合理。 选择风机的原则是： 选择效率高、高效区宽的风机。对于风量和风压变化大的矿井，应把风机可 调性能作为主要因素来考虑。 保证通风困难和通风容易两个时期的工况点均在合理工作范围之内。 选

48、择离心式风机的大型矿井，要设计投产至达产这段时间内的调节方法。当 工况点变化大时应选择小容量的低速电机或双速电机，避免出现投产初期负荷小风 机能力大的大马拉小车的局面。 电机的备用系数不宜过大，其服务期内的负荷率不小于75%否则应分期选择电机。3 、实际生产布局应尽量按设计进行安排正确处理生产和通风的关系对于实现主扇经济运行至关重要。采掘布局决定矿 井的风网结构和总风阻，风网结构和配风决定矿井通风阻力，即工况点。通风设计 时以生产布局为依据，因此在实际安排生产的过程中，除遇到地质构造变化等特殊 情况外，均应按照设计进行，实现有计划的均衡生产，使实 际与设计相符合，在遇到地质构造和变化等特殊情况

49、不能按设计安排时，也应考虑 合理的配产和配风，使各采区和通路形成的阻力尽量与设计参数相接近。4 、优化工况调节方法优化工况调节是实现主扇经济运行的关键措施之一。尽管在设计时考虑得较充分，但在实际生产过程中，由于矿并开采技术条件 （地质构造、沼气涌出量等），生 产条件（产量、生产布局和生产工艺等）仍可能发生或多或少的变化，这些变化就会 导致矿井阻力和需风量与设计时不同。另外，风机本身性能也会因长期运行中磨损、 锈蚀和尘垢污染而发生变化。为了使风机工况点始终处于合理的范围内，就必须及 时而合理地进行工况调节，而且在设计时就应根据预测的调节量和调节时间长短， 拟定合理的调节方案和设备，为实现经济调节

50、创造条件。43方案总体设计3.1引言首先，介绍一下一该系统研制的基本步骤。该系统的研制遵循了微控制器应用 系统研制的规范化步骤，主要从以下几方面加以考虑。1）总体设计在设计该系统时，首先对系统的任务、控制对象、硬件资源和工作环境做了认 真的调查研究，并勘察了工业现场，进行了系统实验，明确了各项指标的要求。例 如：对测量对象的精度要求，跟踪速度，可靠性等级，被控对象的调节精度以及各 种待测参数的形式等。在此基础上拟研制出完整的设计任务书。在总体方案的确定 过程中，还对所选各部分电路、元器件和各实测点传感器进行综合比较。这种比较 在局部试验基础上进行。该系统还涉及到与厂方的协作，故接口方式、通信协

51、议、用户程序要求等也在总体方案中大致规定。2）硬件设计总体方案确定下来后，系统的硬件规模和软件框架也就随之确定。硬件和软件 是PLC控制系统的两个重要方面，硬件是基础，软件是关键。但两者又具有一定的 互换性，因此应认真考虑软、硬件的分工与配合。考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以便简化硬件结构，还可降低成本。但必须注意，这样做 势必增加软件设计的工作量。此外，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接 用硬件实现长，而且还占用了 MCU勺工作时间。3）软件设计软件设计包括拟定程序的总体力一案、程序流程图、编制具体程序以及程序的 检查修改等。4）系统的调试、运行和维护程序的上机调试

52、是检验程序正确性的一个重要标志，包括分块调试和系统联调 两个阶段。程序上机调试完成后，还要进行一段时间的试运行，以验证程序功能是 否满足设计要求，是否达到预期效果。53.2方案设计3.2.1系统主要功能在讲述方案之前，应考虑系统应实现的主要功能：系统主要功能：1 、实时监测风机风压（静压、全压）、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、反风信号和电机编号等风机运行多种状态 信息；3 、控制风门开/关、风机启/停；4 、自动闭锁控制，保证系统安全；5 、具有现场控制、远程控制

53、、手动控制等多种控制方式；6、在控制中心，通过32'液晶电视对风机机房进行24小时监视，通过网络视 频服务器实现24小时远程监视。系统软件功能：1 、接收、处理、存储、显示 PLC系统上传的现场数据，显示方式多样，生动 直观；2 、自动生成各类报表，内容丰富翔实；3 、实时曲线、历史曲线绘制；4 、动态绘制风机性能特性曲线（H Q N-Q Q）;5 、实时监测各类参数，具有超限报警并记录报警信息的功能；3.2.2系统总体框图设计图3.1系统总体框图4系统的硬件设计4.1引言硬件和软件是单片机系统的两个重要方面。本章主要论述该系统的硬件电路设 计。本系统在硬件电路设计时，主要从以下原则出

54、发 ：(1) 硬件电路设计与软件设计相结合优化硬件电路。一些由硬件实现的功能可 用软件来实现，反过来一些由软件实现的功能也可用硬件来完成。用软件来实现硬 件的功能时，其响应时间比用硬件实现长，还要占用MCU寸间。但是用软件实现硬件的功能可以简化硬件结构，提高硬件电路的可靠性，还可降低成本，因此在本系 统的设计过程中，在满足可行性和实时性的前提下尽可能地将硬件功能用软件来实 现。而且本系统在设计中使用了复杂可编程逻辑器件，吸收了硬件和软件的优点网络用户网络用户MCGSWEB组态软件企业计算机网络1s1(2) 可靠性及抗干扰设计。根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系 统的平均无故障时间越长

55、，而且所用芯片数量越少，地址数据总线在电路板上受干 扰的可能性也就越少，因此单片机基本系统的设计思想是在满足功能的情况下力争 使用较少数量的芯片。本系统采用了两片复杂可编程逻辑器件，因此从元件数、电 路板空间、功耗、抗干扰及系统成本上都得以大幅度改善。(3) 灵活的功能扩展。一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需备上位机系统主上位机系统32液晶电视摄像仪1要不断完善，需要进行功能升级。功能扩展时系统应该在原有设计不需要很大改 变的情况下，修改软件和少量硬件甚至不修改硬件就能完成。功能扩展是否灵活HUB矿计算机网络视频服务器Z制动控制电力综保单元主风扇机PLC控制柜S-3O0空制系统PLC操作屏振动测量温度测量负压测量视频分割 叠加器风门控制流量测量是衡量一个系统优劣的重要指标！4.2系统硬件的组成如图4.1所示，主扇风机自动控制系统综合利用现代自动控制技术、计算机技 术、网络通讯技术，实