矿山井下排水自动化监控系统

1、电 子 科 技 大 学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA工程硕士学位论文ENGINEERING MASTER DISSERTATION 论 文 题 目： 矿山井下排水自动化监控系统 工 程 领 域： 软件工程 指 导 教 师： 廖 勇 作 者 姓 名： 周 献 班 学 号： 200892353004 分类号 密级 UDC 学 位 论 文 矿山井下排水自动化监控系统 周 献 指导教师姓名 廖 勇 博士 电子科技大学 成都 徐讯 高级工程师 中冶长天国际工程有限公司 长沙申请学位级别 硕士 专业名称 工程硕士 论文提交日

2、期 2012.3 论文答辩日期 2012. 学位授予单位和日期 电子科技大学 答辩委员会主席 评阅人 2012 年 月 日 注 1 注明国际十进分类法 UDC的类号独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名： 日期： 年 月 日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的

3、规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将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、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要I摘 要井下排水是伴随着采矿工程产生的一项系统工程，目前国内大多矿井的中央水泵房还在采用传统的水位报警和人工操作结合的排水模式。所以，研究一套安全可靠的井下排水自动化管理系统是非常有意义的。 本篇论文根据目前先进的工业控制以及传感技术，开发出一套矿山井下排水自动化监控系统。系统设计采用西门子公司 S7-3

4、00 PLC 可编程控制器，操作系统软件采用 Windows2000 Professional，编程软件采用西门子公司的 STEP7 V5.3SP3，组态软件采用西门子公司的 WINCC V6.2SP3，数据库软件为微软公司SQLserver2000WINCC 版本。本次所设计的矿山井下排水自动化监控系统将通过 PLC 输入点采集、传感器检测、监控等措施结合在一起，实现井下排水各项数据的共享和动态管理，达到高度整合，使地面中控操作员全面、准确的了解和处理井下各种突发状况，使水泵的起停、故障诊断和数据处理上完全自动化，不需要人工干预，中央水泵房实现无人值守。关键词：关键词：矿山，井下排水系统，P

5、LC，无人值守，排水自动化ABSTRACTIIABSTRACTUnderground drainage is accompanied by a mining project to systems engineering， most domestic central pump houses are still using mine traditional water drainage system and alarm manual mode. Therefore， the study of a secure underground drainage automated management sy

6、stem is very meaningful.This thesis is based on the current advanced industrial control and sensor technology to develop a set of underground mine drainage automatic monitoring system. System design uses Siemens S7-300PLC programmable controllers， operating system software uses Windows2000 Professio

7、nal， programming software uses Siemens STEP7 V5.3SP3， configuration software using Siemens WINCC V6.2SP3， database software uses Microsoft SQLserver2000WINCC version.The design of the underground mine drainage control systems automation PLC input point through acquisition， sensor detection， surveill

8、ance cameras and other surveillance measures in combination to achieve the underground drainage of the data sharing and dynamic management to achieve a high degree of integration， so that ground control operations in Members of comprehensive and accurate understanding of the situation and deal with

9、all kinds of unexpected underground， so the pump starts and stops， fault diagnosis and data processing is completely automated， without human intervention， the central pumping station unattended. Keywords: mine， underground drainage system， PLC， unattended， automated drainage目 录III目 录摘摘 要要.IABSTRACT

10、.II目目 录录 .III第一章第一章 绪论绪论.11.1 矿山井下涌水的形成和井下排水的重要性 .11.2 我国的排水设施的现状.21.3 国内外研究动态.21.3.1 国内的研究工作.31.3.2 国外研究动态.41.4 选题的目的和意义.51.5 本课题研究的主要内容.51.6 小结.6第二章第二章 相关技术介绍相关技术介绍.72.1 西门子 STEP 7 V5.4 专业版.72.2 WINCC .72.3 AJAX 技术.92.4 SQL SERVER2000.10第三章第三章 系统需求分析系统需求分析.123.1 需求背景.123.2 需求分析的目标.123.2.1 系统功能性需求.

11、123.2.2 系统非功能需求.163.3 数据库需求分析.163.4 系统工作原理及配置.173.4.1 系统工作原理及工作方式.173.4.2 井下排水泵的节能控制原则.18目 录IV3.5 本章小结.18第四章第四章 系统概要设计系统概要设计.194.1 系统总体结构.194.2 子系统设计.204.2.1 数据采集子系统.204.2.2 单台水泵控制子系统.224.2.3 水泵房中央控制子系统.234.3 本章小结.24第五章第五章 系统详细设计系统详细设计.255.1 数据采集子系统设计.255.1.1 模拟量检测模块.255.1.2 开关量检测模块.285.2 单台水泵控制子系统设

12、计.295.2.1 液位信息模块.295.2.2 水泵温度信息模块设计.315.3.水泵房中央控制子系统设计.325.3.1 数据分析模块设计.325.3.2 开停机模块.335.4 排水泵的基本运行控制原则.345.5 数据库设计.365.5 本章总结 .39第六章第六章 系统的实现系统的实现.406.1 系统实现的总体思路.406.2 系统功能实现说明.416.4 水泵房中央控制系统模块的关键代码.426.5 软件设计的基本成果.486.5 系统测试.546.5.1 功能测试.546.5.2 界面测试.586.5.3 文档测试.596.5.4 性能测试.59目 录V6.5.5 测试结果的预

13、期.596.6 本章小结.59第七章第七章 结论和展望结论和展望.607.1 本论文研究总结 .607.2 前景展望 .61致致 谢谢.62参考文献参考文献.63攻博攻博/硕期间取得的研究成果硕期间取得的研究成果.65第一章 绪论1第一章 绪论1.1 矿山井下涌水的形成以及井下排水的重要性矿山井下涌水一般来说是因矿井巷道以及采空区渗漏的水造成的，它们的水源主要来自地表水、大气降水、含水层水和采空区水。地表水：其直接坐落在矿山上面或在矿山附近分布的，如江河、湖泊、水池、水库等，是重要的影响因素和隐患，可以直接或间接地通过岩石的孔隙、裂隙、岩溶而流入矿井对生产安全构成威胁。大气降水：它是矿井水的根

14、源，除了小一部分被蒸发和流失，另一部分通过孔隙和裂隙岩体渗入地下，或者直接进入地下。如果不是同一地区、同一季节、同一开采深度的话，影响是不同的。在西北地区降水少，在南部地区降雨量则较多，甚至在同一区域内，由于大气降雨季节的变化，矿山随着矿山开采深度的不同，降水量发生相应变化。一般来说，随着采矿量和开采深度的增加，采掘上山水平产生的水量小些、采掘下山水平产生的水量大些。断层水：断层水主要是由于矿井水注入断层地带中的集合部位，并在断层区域相连而成。由于矿井事故的发生，采矿活动使得矿井水注入地下，这也破坏了地层的隔水性。断层水的特点是动态含量较大，静态含量较小，地表面的压强较大，对矿山安全生产造成巨

15、大的影响。含水层水：矿井水的重要来源之一是含水层水。在大多数情况下，降水、地表水供给含水层的水。水流入矿井含水层后的储备分静态储备和动态储备。其中静态储备是指的在矿井巷道施工未接触含水层之前就已经存在的地下水蓄水层，其的大小由于含水层厚度以及岩石破裂的大小和多少来决定。一般在矿山采掘施工的早期主要是静态储备水的排放，可以在采掘施工过程实施时逐渐减少。如果地表水以及大气降水不断注入含水层使得含水层的水能够源源不断的获得补充，而且虽经过地下长时间排水仍然不能疏干，这种水就称为动态储备地下蓄水层。总的来说含水层静态储备一般对矿山生产早期有部分影响，它会逐渐减弱直至疏干，但含水层动态储备水的影响就会长

16、时间对矿山生产造成威胁。采空区水(老窑水):各个时期的采空区由于长期停止地下水排水被称为采空区水或老窑水。矿山开采在我国有着悠久的历史，有些直接或容易被发现的表面矿电子科技大学博士/硕士学位论文2层，上部均为采空区域。再加上一些年前的矿山企业乱挖乱采后，不仅在老窑水数量，范围上增多，在深度上就像一个地下水库，一旦巷道揭露或柱子之间窑煤强度低于其静压强度、地下水库坝体会突然坍塌，它的下游也将被淹没，造成严重事故的后果不堪设想。如果地下水没有及时被送到矿井地面，地下生产可能阻碍，安全会受到威胁，严重时会造成重大安全事故的发生，导致矿井被淹，危害矿工的生命安全。如：2001 年 7 月中旬，广西南丹

17、发生矿山事故造成 81 人死亡的悲剧，2004 年 12 月，贵州省铜仁地区天池地下煤矿发生透水事故，81 人地下值班，事故发生后，只有45 人逃脱；2007 年 1 月，内蒙古包头超越矿业有限公司在透水事故当中，29 名矿工遇难；2008 年山西省王家岭矿发生严重事故：:因为没有建立有效的排水系统，在“3.28”透水事故造成 153 人被困，在党中央和国务院的关怀和照顾，最后矿工的救援工作取得最大的成功，但是仍有 38 人永远不能再生还。因此，为了保障矿山企业安全生产，必须要建立一个完整的矿山排水系统。与此同时，建设好安全可靠的地下排水自动化管理系统，可以提高矿山企业的安全生产能力，合理降低

18、排水能耗，从而提高企业的经济效益。1.2 我国的排水设施的现状目前，大部分的矿井水泵房还 常用传统的水位检测、超限报警 设备，然后再由排水泵人工操作排水模式。该模式由于应急能力差和自动化程度低并且必须由工人进行现场操作，这就导致很多潜在的安全问题 ，除此之外，管理水平和经济效益也非常低，已经无法适应现代化矿山的应用。因此 ，如何建立一个安全可靠的地下排水自动化管理系统 ，提高矿山企业安全生产能力 ，合理降低排水能耗 ，从而提高效率，值得研究。1.3 国内外研究动态地下排水伴随着矿业工程生产 ，是一项非常重要的系统工程。随着控制理论更新和测试技术进步，各国专家在自动化排水系统的研究和实践已经取得

19、了很大进步。主要技术为：用微处理器为核心的可编程控制器 逐渐取代继电器控制系统并广泛应用于各种工业自动化控制领域 ，因此，自动化系统对于矿山生产与安全来说已日益成为研究的热门方向之一。第一章 绪论31.3.1 国内的研究工作我国国内的研究人员在排水方案优化、排水设备改造和 综合管理等方面进行了大量研究。能耗和效率有显著提高 ，大量的中国科学家和技术人员提出了一些实际的方式来提高经济效益。1994 年中国东部的地质研究所 研究并发布了“线性规划模型在基坑井点排水工程优化设计中的应用 ” 。该排水设计方法在保证安全施工的前提下使排水工程成本降低到最 少。该研究的特点是国内排水专家和技术人员煤矿井下

20、的排水系统中，建立了仿真模型，并指出其存在的合理性分析模型 ，对排水系统、安全仿真方案 ，为选择最佳排水方案提供了依据。1996 年河北省原邢台矿务局工作人员发现在邢台矿山多个采矿断层的水文地质条件及其复杂，改局工作人员通过经济技术合理优化设计，选择合理方法，推出了旋流器分级排水系统。这个是整个采矿安全生产中起着极其重要作用的，为防治矿山水害提供了一条有效途径。在 1998 年，鸡西矿务局专家和技术人员对鸡西市煤矿机械矿务局设计院设计的排水系统存在的一些问题，通过系统分析，简化排水程序并对水泵以及整个排水系统进行研究和改进，使系统满足了节省电能的设想并创造了可观的经济效益。新汗矿务局有关专家对

21、矿山排水设备的问题：效率低下，小的排水能力等已经不能满足要求的矿山矿井排水系统实施改扩建设计，主要内容如下：1，合理选择排放点；2、新型高效泵；3、斜井钻井立管排水；4、没有使用任何底阀排水；5、排水管道以并行方式进行。该设计合理选用了主排水设备，使主排水设备在合理的基本条件下运行和操作，而且采用了新型号的高效水泵，没有使用底阀排水、并行排水管道和其他的方法，该系统改造后，不仅节能效果明显，而且提高了矿山井下灾害的抵御能力和很利于安全生产。2003 年，河南郑州煤炭设计研究院研究人员以安全经济运行为原则进行排水设备效率分析以及选型，确保水泵汽蚀现象能控制的前提下，找到泵效率和产品生产线效率最大

22、的最佳运行点。总的来说，国内在排水系统控制方面虽然仍有一些问题，但成绩是显具的。国内大部分矿井排水控制的现状是：多采用人工检测水位、淤泥厚度、管道门以及配电设备状态，控制主要使用继电器控制，造成工作效率低下，井下工作劳动强度大进而造成井下事故频发。通过人工检测方法，无法满足采矿业的发展电子科技大学博士/硕士学位论文4需求，而应该由自动化排水系统替代。如果使用智能控制排水系统，把统治控制方法，模糊控制方法，专家智能控制分析方法等设计原则使用到自动排水系统中，使排水系统自动采集，记录数据、自动故障报警，自动进行事故记录和分析实现水泵开关自动控制，将确保和提高排水系统的安全性、可靠性。自动化排水系统

23、的自动化和智能化有着良好的发展前景。在 1997 年，辽宁某工程大学引进一种新的矿井排水，电脑自动控制系统。基于矿井排水系统的不定时，多变量，非线性因数，以及排水管道、系统泵组等具有参数的交叉接近特性，模糊控制方法特别适合排水系统的动态监测和分析诊断。该电脑自动控制系统基于先进的分布控制模型，构建了分级模块结构体系，推出了模糊控制和综合决策的理论。2002 年的煤炭工业设计研究院和邯郸煤矿集团若干人提出 PLC 自动检测水仓水位和其它参数，该理论以合理调度水泵运行，达到峰谷节能为目的，采集水位数据和用电量信息，建立分析控制模型，研究了可编程控制器在煤矿井下排主控制系统的系统组成的功能特点和适用

24、条件。随着企业计算机技术以及网络技术和的不断发展，北京理工学院于 2005年在前人研究的基础上不断改进的自动化水平 ，提出了建设无人职守机站 的发展要求，他们设计可以实现远程监控 并且无人职守的远程监控系统，最终取得了良好的检测和控制的效果。目前国内的部分矿山企业管理者也意识到自动控制排水系统 得重要性并尝试改进。但是，由于一些自动化排水控制系统本身存在 设计缺陷使得排水操作并不理想，甚至比手动操作更不可靠。一些国内安装了自动排水设备 的企业甚至已经放弃了自动化而转向使用人工操作 ，这也造成了极大的损失和浪费。因此，我们需要在研究现状的基础上结合 矿山企业现状，开发出一套安全性，可靠性高，而运

25、行成本低的自动化排水系统并将其融入到整个自动化系统中。1.3.2 国外研究动态国外研究人员对矿井排水做了大量的研究。为了提高运行绩效的矿井排水设备，必须对水泵和管路清洗周期进行优化。俄罗斯莫斯科大学教授本着节省成本的原则，推导了最好的水泵运行和管路清洗周期的周期公式。详细介绍了最优方案解的计算方法的参数，不同的水泵采用实际流量测量方法，等。并以俄罗斯煤第一章 绪论5炭生产联合公司作为一个例子。具体介绍了在几种条件下，经修正后的一些离心泵的能源消耗情况。另外，加拿大等矿产资源丰富的国家在采矿自动化技术引入方面取得了前所未有的成绩。其中加拿大就提出了“数字矿山”的概念，主要立综合信息基本框架的建立

26、，以及将所有采掘过程并入网络，研制各种监控传感器、排除井下排水设备的自动控制和监控的各种误差，开发遥控机器人技术。芬兰矿业协会则公布了智能化开采技术标准，以实现实时监管和生产自动控制的目的，推广广泛的信息网络，新型机器和生产、维修自动化。俄罗斯则研究以了微技处理术为基础的自动控制和故障诊断系统，以提高系统的安全操作性。以上这些国家虽然是把排水控制内容包含到矿山自动化的总体系统中，但他们把排水系统所有的控制信息传输到中央控制室进行统一分析和控制，使排水系统传感器技术和排水系统控制分析系统取得了巨大的发展。1.4 选题的目的和意义1）提高矿山企业安全管理水平：矿山井下排水自动化监控系统使水泵的起停

27、、故障诊断和数据处理上完全自动化，不需要人工干预，中央泵房才可实现无人值守。让生产企业预知井下涌水的危险性，适时分析生产现场的各种安全数据和状态，完整的评价和处理生产阶段的各种危险，让投入运行的矿山企业满足国家规定的井下排水安全的各项规程要求。2）对日常安全管理所需数据和信息进行高度整合：矿山井下排水自动化监控系统通过 PLC 输入点采集、传感器检测、监控等措施结合在一起，实现井下排水各项数据的共享和动态管理，达到高度整合，使地面中控操作员全面、准确的了解和处理井下各种突发状况。3）有助于企业合理运行设备，避免浪费，提高其经济效益： 矿山井下排水自动化监控系统使得井下工作的水泵耗能处于最经济的

28、状态。以水泵均匀磨损为原则，实现避免某台水泵因经常使用而造成疲劳。监控系统需要在保障水仓水位安全的前提下使排水泵的启动次数最少。上述功能的实现无疑可提高矿山生产企业的经济效益。电子科技大学博士/硕士学位论文61.5 本课题研究的主要内容 本课题研究的主要内容包括：系统的构架、系统的功能以及系统的控制原则。系统综合应用技术包括：计算机网络技术、实时数据库技术以及软件编程技术等。1.6 小结本章主要阐述了矿山井下涌水的形成和井下排水的重要性，分析了国内外对矿山井下排水的研究现状和动态，提出了选题的目的和意义，列出了本课题研究的主要内容。拟通过课题的研究与实践，建立一套自动化排水系统，满足矿山井下排

29、水安全、节能的自动化管理要求，使中央排水泵达到安全可靠经济的智能运行状态。第二章 相关技术介绍7第二章 相关技术介绍本章对研究所使用的几种关键的技术 STEP7、WINCC 以及 AJAX 和 SQL SERVER 进行了详细地分析，通过对这些技术的分析，可以为设计及开发提供更好的经验。2.1 西门子 STEP 7 V5.4 专业版STEP 7 编程软件主要用于西门子系列工控产品的开发中，其中它的类型比较常见的有以下几种： M7、C7 、SIMATIC S7 以及基于 PC 的 WinAC，这些编程软件非常实用，在产品的开发中起到很好的监控的作用，对产品的各项性能起到一定的优化作用，除此之外，

30、这种编程软件最主的功能概括如下：对产品的硬件进行配置以及对硬件的各项参数进行设置，当然还可以进行编程和测试以及维护等。STEP 7 为开发人员提供了详细的文档说明，因此，开发人员在遇到问题时可以很好地利用文档解决一些技术上的问题。但 STEP 7 和其它的编程软件有一些不同之处，其主要表现为它是通过项目来对产品的硬件和软件进行管理，而且这种管理一般来说是自动化的，因此技术人员可以十分方便地对产品中用到的数据如 SIMATIC S7、M7 等进行浏览。STEP 7 也为技术人员预留了一些硬件的接口，只需要进行简单地配置就可以进行编程和开发工作，因此它是一种十分好用的工具，在本次开发它也起到非常重

31、要的作用。2.2 WINCC 从市场用户需求的反映来看,用户对 SIMATIC WinCC 的使用印象比较深刻。它主要体现在两个方面：一是高水平的创新,它在早期的时候,用户就已经知道它即将成为未来的发展潮流;二是它是基于标准的产品策略，在很长一段时间里,其可以确保用户的投资利益。WinCC 的这种策略思想明确，运行在微软视窗 2000 和视窗 XP 控制下的中心后,已发展成为欧洲市场强有力的领导者,而行业大都遵循它所制定的标准。如电子科技大学博士/硕士学位论文8果想让设备和机械优化运行,那么 WinCC 无疑是节约成本并且提高生产效率非常好的选择之一。下面对它的优点进行简单地介绍：1.功能齐全

32、,WinCC 是适用于全面工业领域解决方案的通用应用程序；再加上多语言支持和它的普遍性，它也可以纳入所有自动化解决方案里；内置的所有运营和管理功能也可以进行简单、有效的配置。当然，它还支持基于网络继续扩大或者开发。WINCC 采用的是开放的标准,集成过程十分简单;它和其它系统集成业务整合平台，使可用的选项和额外的碎片扩大；一个完整的自动化组成。实例表明：WinCC 实现生产自动化和过程自动化互相整合于一体，并且已经在大量的项目应用和工业领域的全面应用都已证明。包括：汽车工业、化工、医药、印刷行业、能源供应和销售、贸易和服务行业、塑料、橡胶工业、机械和成套设备工程、金属加工行业、食品、饮料和烟草

33、工业、纸及纸制品加工、钢铁工业、交通运输业、水处理和污水的净化。2. 丰富的选项SIMATIC WinCC 是电脑及过程控制系统和其他西门子人机界面控制系统的部件。对垂直市场 WinCC 提供解决方案有丰富的选项和额外的小碎片(插件)。通过使用“FDA 选项”,在施工和设置采取适当的措施已经使用 SIMATIC WinCC 符合制药和食品工业 21 CFR 第 11 部分要求的 FDA(食品及药物管理局(FDA)=美国食品和药物管理局)。许多选择,将会使工厂认证更容易，这为这些行业认证的各种需求提供全面响应非常有说服力。例如，开发了一些申请垂直市场如供水行业 WinCC 额外的东西:Sinau

34、t ST7cc 远程控制系统的应用，应用文件和 PM-Aqua 档案系统的应用情况，Siwa-Plan 优化系统的运营成本、应用FunkServer-Pro 报警管理系统等。3.多语言支持,具有一定的普遍性例如在欧洲：WinCC 配置界面的设计完全是国际部署：你只要点击按钮可以在德国、英国、法国、西班牙和意大利之间进行切换。亚洲版:亚洲版还支持中文,韩语和日语。自然,你可以在工程设计中多种运行客观的语言，也就是说，在同一时间你可以使用几种欧洲和亚洲语言。当然，你可以在各个终端市场区域使用相同的和可视化的解决方案。如果想翻译文本，只是一个标准的 ASCII文本编辑器。 WinCC 的灵活性也很强

35、，从而保证为客户提供最佳的配置效率：用一个现成的对象库，可重用的面板、智能工具，语言的文本自动翻译项目。根据价格和性能的不一样，能够为客户提供各种版本 WinCC，每一版本相互依存的,经第二章 相关技术介绍9过精心设计能满足所有种类的操作面板。更大的包通常也包含配置软件包为小型方案。现有的项目也可以很容易地复制，通过功能块技术可以把成本降至最低，可以重用对象结构形式集中存储在数据库内。WinCC 包含庞大的可升级动态变化对象用于创建面板。任何改变面板只有在一个集中的位置执行。然后使用面板在什么地方,这些变化将工作。这样不仅节省时间,而且可以保证数据的一致性。2.3 AJAX 技术1.Ajax

36、的四个基本原则基于网页的传统的网络应用程序中，浏览器所起的作用 是哑终端。这就使得用户在操作过程中 处于哪一个阶段是不明确的。基本的用户信息储存在服务器上，或者说是在用户会话中。当用户登录或者和服务器以其它方式建立连接后，该系统将创建多个 的服务器对象，最终将呈现给用户浏览网站主页，HTML 标签的数据流的组成包括 :模板文件和用户数据。每次用户和服务器之间的交互将得到另一个文件。在文档中得到相应的用户数不同 ，除此之外模板文件和数据都一致。浏览器会展示新文件 ，并自动去除旧的文件 ，因为它是哑终端，不知道要做什么。(1)浏览器不是内容而是应用Ajax 应用程序逻辑与部分服务器搬到浏览器。当一

37、个用户登录服务器就会被送到浏览器一个复杂的含有多种 JavaScript 代码文件。文件已经伴随着用户会话和生命周期的全过程。过程中 ，随着与用户交互会发生很大的变化。它能明确如何响应用户的输入 ，确定你是否处理请求 ，从而决定是否转移到网络服务器，网络服务器访问数据库或其他资源。决定是否通过组合的方式处理。因为这篇文档整个用户会话都存在 ，所以它能保持状态。(2)服务器不交付内容而是交付数据Ajax 可以发起了一个异步服务器请求 ，服务器端通过 JavaScript 代码通过一个纯文本或一个 XML 文件实现的回报数据 ，不会像传统的网站应用程序的模板文件，内容和数据发送给浏览器混合。在的

38、Ajax 应用程序、网络通讯流量主要集中在前期的加载 ，然而，用户登录一次一个大而复杂的 请求就会被送到客户端浏览器。但是在那之后 ，这个服务器和沟通更为有效。总的来说，宽带消费的 Ajax 应用程序比传统的网络应用程序较低。(3)用户交互更加连续传统的网络应用程序当一个页面提交 请求已经没有显示，用户本质上是电子科技大学博士/硕士学位论文10一个没人管的状态。浏览器甚至可以允许用户点击一些连接点击 ，都可能导致一些不可预知的结果甚至 包括破坏服务器会话状态 ，不然用户只能等待。为了实现这些，使用 Ajax 应用程序可以避免这些不愉快的经历。此外，AJAX 也会对用户操作事件抓取十分丰富。类似

39、于拖拽等复杂动作的监听已经不再是神话。这使得网络应用程序 UI 经验可以提升到几乎和桌面应用程序组件的 UI 相当程度。因为 Ajax 可以实现页面的局部刷新，能够给用户更好的体验，增强交互效果，所以在项目中使用到了 Ajax 技术。2.4 sql server2000SQL 是一个众所周知的关系数据库管理系统，它在最开始的时候主要由微软、Ashton-Tate 、Sybase 这三家公司共同研发,在 1988 年推出他的第一个的版本。随后，当 Windows NT 发布以后,微软对 SQL 进行了进一步的发展。Sybase SQL 服务器微软 SQL 服务器将被移植到 Windows NT

40、系统,重点发展促进 SQL Server Windows NT 版本,Sybase 更重视 SQL 服务器应用的 UNIX 操作系统。在这本书里介绍的 Microsoft SQL Server 后来被称为 SQL 服务器。SQL Server 是 2000 年由微软 SQL 数据库管理系统发布的一个版本。这个版本继承了 SQL 服务器 7.0，但又有超它的地方,同时又增加了许多更先进的功能,具有使用方便、良好的可扩展性和相关软件集成度高等优点,在运行微软视窗98 台笔记本运行微软视窗服务器 2000 或者大型多处理机等多种平台使用。在系统需求确认过程中，我们使用用例图掌握用户的需求，阐述了系统

41、用例图提供了一个功能单位。用例图的主要目的是帮助开发团队去一个可视化的理解系统的功能需求，包括评估工作的基本程序基于“actor”(角色，也是系统交互与其他实体)的关系，与系统之间的关系的病例。用例图显示一般情况下组织整个系统的所有病例中，或已经完成了功能(例如，所有的安全管理相关案例)一组用例。用例图显示的情况下，画一个椭圆表示，再将被命名的个案在椭圆中心的或椭圆形以下中间。利用系统用例图一个角色(表示一个系统的用户)，可以画出一个人的符号。角色之间的关系和案例，使用简单，用线来描述。不同的实体如何彼此相关，显示了系统的静态结构，类图用来表示逻辑类的事通常指业务人员。一种数据也可以用于实施说

42、，程序员处理实体的实施。实施图可能和逻辑类图展示了一些相同的类。然而，实施数字将不会使用相同的属性来描述，因为它可能有诸如矢量和 HashMap 这一类的事情上的参考。网络应用程序从网站或网络系统的发展，扩大网站，用户可以拨打业务逻第二章 相关技术介绍11辑，改变业务服务器。网络的应用包括至少三个重要组成部分:客户端浏览器，网络服务器和应用程序服务器，也可以包含数据库服务器。网络应用程序的体系结构模型描述了软件系统的组织机制的基本结构。网络客户端模式的重要组成部分主要位于网络服务器，在业务逻辑网络服务器上执行，这样客户的计算能力极其有限。因此，设计网站应用程序的性能平衡时必须考虑的方面。因为网

43、络应用程序通过广域网交换数据的，这样可以减少和平衡网络和服务器负载的网络应用程序能很好的运气做重要的因素。许多机构正在考虑将 UML 作为框架设计的通用语言，在各种不同类型的开发过程中使用 UML 图表。统一建模语言不依赖具体发展过程中，定义标准的发展过程以及不统一建模语言发展计划。但有一个严格的定义、管理方便的工作过程的区别是重点项目的水平。UML 可以支持大多数的开发过程的方法、过程标准化问题还没有引起足够的重视，但选择一个开发过程框架，在这个框架基于工作过程的规划已被普遍认同。虽然没有强制使用统一建模语言的具体发展过程，但更主张从案例驱动系统结构为中心，以改进，最后的不断添加软件开发过程

44、。电子科技大学博士/硕士学位论文12第三章 系统需求分析3.1 需求背景某铁矿是一个富含水的大型铁矿山，水文情况非常复杂，曾经被采矿业内人士比喻为铁矿山中的“大水仓”，该铁矿的采矿工程井口位于+600m 水平，井下+200m 阶段以上，矿井 24h 正常涌水量为 15440.6m3，矿井 24 小时最大涌水量为 19600m3，各阶段井下中央泵房水泵选用矿用 MD 型水泵，额定流量Qe=510m3/h，额定扬程 He=170m，=80%，共 4 台，配用 10kV 高压电机，额定功率 400kW。在正常涌水量情况下 2 台工作，2 台备用，最大涌水量情况下4 台工作。该矿业有限公司在该项目的建

45、设中首次提出了采用无人值守排水自动化监控系统的要求， 要求排水系统通过检测水仓水位等各种参数，采用 PLC控制中央泵房的主排水泵的轮换工作运行以及自动启动备用泵，调配各台水泵的合理运行。并通过触摸屏以文字数据和图像的方式，直观准确和及时的反映系统工作状态以及水仓水位、电机温度、排水管路流量等参数，以及通过通讯模块与主控室监控主机进行数据传输。使该系统具有运行可靠性和自动化程度高，操作方便等特点，并可通过合理设定水泵的运行时间，运行台数来节省水泵的运行费用。3.2 需求分析的目标3.2.1 系统功能性需求3.2.1.1 单台水泵管理系统矿山水泵房通常，由多台水泵组成。各台水泵往往因为使用年限、使

46、用条件和自身的技术特点，需要各自分别进行检测分析和管理。单台水泵管理系统即针对该需求建立。 单台水泵管理系统对各台设备单独汇总设备状态和运行信息进行管理和分析。主要包括：液位信息(液位、流量)，温度信息(水泵温度、电机温度)等。第三章 系统需求分析13液位信息管理用例图见 2-1 所示。图 2-1 液位信息管理用例图水泵温度信息管理用例图见图 2-2 所示。 图 2-2 温度信息管理用例图3.2.1.2 水泵房中央控制系统水泵房中央控制系统实现水泵房运行状态检测、水泵房运行状态分析和水泵房运行自动控制功能。水泵房运行状态检测通过检测数据分析，依据设定的水泵房数据，实现自动化水泵房自动化控制。系

47、统实时分析检测获得的水泵房水流、水量数据，决定是否进行水泵的开机、停机操作。系统一旦获知水仓水量或水仓进水量达到或超过设定值，即会自动按照开机控制原则，开动相应水泵开始排水作业，实现水泵房无人值守的功能。水泵房中央控制系统包括数据分析子系统、开停机子系统以及开机控制原则设定。数据分析子系统数据分析子系统在排水系统数据采集完成后，对所有采集的数据根据设定电子科技大学博士/硕士学位论文14的标准值进行对比分析，判断系统的运行情况，处理异常的数据。数据分析子系统用例图见图 2-3：图 2-3 数据分析子系统用例图开停机子系统开停机系统主要用于管理水泵开机、停机，并监控开机、停机状态。同时支持人工启动

48、和停止水泵。系统开停机主要由系统实现。人工开机、停机则由人工判断系统是否需要开机或者停机。系统自动开机计算系统自动开机计算通过水泵房水量、流量和水泵房当前排水量计算获知。开机条件 SP=0 时，发出开机命令，开机条件 SP=I ) = L 0.1 A L 0.1 JNB _006 L #Second L 1 +I T #Second_006: NOP 0 A L 0.1 JNB _007电子科技大学博士/硕士学位论文44 L 0 T #MS_007: NOP 0 A L 0.0 A( L #Second L 60 =I ) = L 0.1 A L 0.1 JNB _008 L #Minute

49、L 1.000000e+000 +R T #Minute_008: NOP 0 A L 0.1 JNB _009 L 0 T #Second_009: NOP 0 A L 0.0 JNB _00a L #Minute L 6.000000e+001 /R T #Hour_00a: NOP 0说明：系统计算好水泵运行时间后，根据时间长短，运行时间最少的优先启第六章 系统的实现45动，运行时间长的最先停止，以达到水泵均匀磨损。FB5：将编好号的水泵根据时间长短排队，入队列 AN Always_Off = L 36.0 A L 36.0 A( O Para.Add_Pump_Auto O Para.

50、Sub_Pump_Auto ) = L 36.1 A L 36.1 BLD 102 = #Sort A L 36.1 A Para.Add_Pump_Auto S M 3.4 R Para.Add_Pump R Para.Sub_Pump A L 36.1 A Para.Sub_Pump_Auto S M 3.5 R Para.Sub_Pump R Para.Add_Pump S M 3.6 A L 36.0 A #Sort = L 36.1 A L 36.1 JNB _030电子科技大学博士/硕士学位论文46 L 0 T Tab.Sort_valid_030: NOP 0 A L 36.1

51、JNB _031 CALL ATT DATA :=#Sort_Date1 TABLE:=Tab.Sort_head_031: NOP 0 A L 36.1 JNB _032 CALL ATT DATA :=#Sort_Date2 TABLE:=Tab.Sort_head_032: NOP 0 A L 36.1 JNB _033 CALL ATT DATA :=#Sort_Date3 TABLE:=Tab.Sort_head_033: NOP 0 A L 36.1 JNB _034 CALL ATT DATA :=#Sort_Date4 TABLE:=Tab.Sort_head_034: NOP

52、 0 A L 36.1 JNB _035 CALL ATT DATA :=#Sort_Date5 TABLE:=Tab.Sort_head第六章 系统的实现47_035: NOP 0 A L 36.0 A 1#柜软起 FP #Pump1_Run_P JNB _036 CALL ATT DATA :=1_038: NOP 0 A L 36.0 A 4#柜软起 FP #Pump4_Run_P JNB _039 CALL ATT DATA :=4 TABLE:=Tab.Run_head_039: NOP 0 A L 36.0 A 5#柜软起 FP #Pump5_Run_P JNB _03a CALL

53、 ATT DATA :=5 TABLE:=Tab.Run_head_03a: NOP 0说明：水泵运行后，将该泵从原始时间排队队列表中踢出并加入到运行队列表中。 CALL Table Manage SRC :=Tab.Sort_valid电子科技大学博士/硕士学位论文48 PATRN :=Para.Remove_No3 DB_NO :=30 Table_pointer:=#St_Point Table_1 :=Tab.Sort_head ATT_EN :=FALSE NOP 0说明：系统根据运行表队列，实现最长时间运行的水泵最先停止，水泵停止后，将该编号水泵从运行表中踢出，依此类推可实现水泵自

54、动加减泵。 CALL Table Manage SRC :=Tab.Run_valid PATRN :=#Run1_Del DB_NO :=30 Table_pointer:=#Run_Point Table_1 :=Tab.Run_head Table_2 :=#Stop_Tab ATT_EN :=FALSE6.5 软件设计的基本成果本课题小组通过 STEP7 V5.3SP3、WINCC V6.2SP3(编程及画面软件)设计了部分矿山井下自动化排水系统的主要监控画面。1）主监控画面见下图 6-1：第六章 系统的实现49图 6-1 系统主监控画面画面简要说明：此画面中将动态显示 1#、2#主排

55、水管的压力及瞬时流量，4个主排水泵的电机定子温度，水泵温度、出水压力，真空度等信息，以及 2 个水仓的液位情况。鼠标左键双击相关参数会出现相关参数的在线运行趋势图。点击红色字体“1#泵”，将会显示“1#泵”的三相电流运行趋势图。2）每台水泵的运行参数和状态，均有一详细的画面显示。现以 1 号泵的显示画面为例，见图 6-2：电子科技大学博士/硕士学位论文50图 6-2 1#主排水泵监控画面画面简要说明：画面显示电动阀门状态指示：显示电动阀门开到位/关到位，当有开/关阀门的动作时，指示灯会闪烁，动作停止后，变为绿色指示灯常亮显示；水泵操作：按下启动/停止按钮，将弹出确认对话框，按下确认后便会启动/

56、停止 1#水泵运行。按下“取消”则不会启动 1#水泵。设置水泵工作方式：“自动运行”/“手动运行”/“就地”方式。点击主画面返回按钮，可回到监控系统的主界面。3）系统工作参数设置的界面点击参数设置中的系统参数设置项，则进入系统参数设置界面。见图 6-3：第六章 系统的实现51图 6-3 系统参数设定画面画面简要说明：进入界面前系统需要对操作人的身份进行确认，只有具备一定权限的操作员方可进行系统参数设置。如果系统登录失败，或点击“取消系统登录”，无论点击系统参数设定中的任何功能，均会显示“未知用户”。如果系统登录正确即可进入系统参数设定界面， 设置每一台水泵投入/切除系统工作，设置水泵运行模式的

57、，设置液位检测方式:液位/浮球。5）用户管理功能 用户管理主画面见图 6-4：电子科技大学博士/硕士学位论文52图 6-4 用户管理主画面用户管理主画面简介：画面可设置“操作员权限设置”，进行添加用户及给相关用户授权的操作。进入该项之前也要进行系统登录，以确定操作员的权限。只有具备一定权限的用户才能进行权限的设置。进入权限设置界面后可以添加用户，也可以根据提示授与用户相应的权限。要添加用户时，输入要添加的用户名、用户密码、确认密码。当两次用户输入的密码相同时， “确认”后即可将该用户添加到用户组中，并提示“添加用户成功”。若两次输入的密码不相同，系统将弹出一个对话框，提示添加用户不成功，该用户

58、名也就不会被添加到用户组中。6）历史数据查询点击“数据查询”之“历史数据查询”即可进入历史数据查询界面。见图 6-5：第六章 系统的实现53 图 6-5 历史数据查询画面7）综合报警查询在任何界面下，如果发生报警都会出红色报警框闪烁显示，同时调出该项报警对应的、预先录制好的 WAV 音频文件，提示出现报警的种类。在任何界面下点击报警框即可进入综合报警查询界面。也可以点击“数据查询”中的“报警数据查询”项，进行报警查询界面，见图 6-6：电子科技大学博士/硕士学位论文54图 6-6 报警查询画面6.5 系统测试本系统中，功能性测试主要基于用户的功能需求进行黑盒测试。矿山井下排水自动化监控系统对每

59、个模块的测试都需要先写好测试计划，然后再由专业的测试人员进行测试。6.5.1 功能测试功能测试。主要达到的目标有如下几点：1) 上传各项参数的准确性、适时同步性；2) 流程自动控制程序的正确性，程序响应的及时性；3) 报警系统的的正确性，系统响应的及时性。以下列举几个功能测试方法。（1）用户登陆用户登陆是系统最常见的功能之一，不同的用户具有不同的权限，管理员用户具有管理其它用户的权限，这里对普通用户的登陆进行测试，测试用例见表 6-第六章 系统的实现552。表 6-2 登陆测试用例表序号001测试目的测试登陆是否成功测试级别验收测试测试类型功能测试输入1、在输入框中输入用户名和密码2、单击登陆

60、按钮测试方法与步骤输出系统进入普通用户的主界面测试结果正常功能完成是 （2）设定水泵运行模式水泵具有两种不同的运行模式，在需要时可以对其进行设定，两种模式分别为现场自动运行和远端手动运行，系统默认是现场自动运行，这里将其设定为远端手动运行，测试用例见表 6-3。表 6-3 水泵模式设定用例表序号002测试目的测试水泵模式设定是否成功测试级别验收测试测试类型功能测试输入1、进入水泵模式设定选项2、选择远端手动运行并确定测试方法与步骤输出水泵的模式更改为远端手动运行测试结果正常功能完成是 （3）数据查询在系统正常运行时，可以对系统的数据进行查询，从而掌握系统的运行状况，电子科技大学博士/硕士学位论