基于组态软件的煤矿主扇风机监控系统设计毕业论文.doc

本科生毕业论文 论文题目 基于组态软件的煤矿主扇风机监控系统设计基于组态软件的煤矿主扇风机监控系统设计 中国矿业大学毕业论文任务书 学院 专业年级 姓名 任务下达日期 任务下达日期 20092009 年年 月月 日日 毕业论文日期 毕业论文日期 20092009 年年 月月 日至日至 20092009 年年 月月 日日 毕业论文题目 毕业论文题目 基于组态软件的煤矿主扇风机监控系统设计基于组态软件的煤矿主扇风机监控系统设计 毕业论文专题题目 毕业论文专题题目 毕业论文主要内容和要求 毕业论文主要内容和要求 1 熟悉煤矿主扇风机监控系统的设计方法 2 熟悉组态软件交互界面设计方法 3 掌握 InTouch 工控组态软件的开发环境 设计方法及常 用组件的功能和用途 4 熟悉组态软件数据库和报警 曲线的设计方法 5 利用 InTouch 工控组态软件开发监控系统 院长签字 指导教师签字 毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 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 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 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 学位论文原创性声明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 作者签名 日期 年 月 日 导师签名 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封面格式制作 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 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 订 3 其它 指导教师评阅书指导教师评阅书 指导教师评价 指导教师评价 一 撰写 设计 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 建议成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所选等级前的 内画 指导教师 指导教师 签名 单位 单位 盖章 年年 月月 日日 评阅教师评阅书评阅教师评阅书 评阅教师评价 评阅教师评价 一 论文 设计 质量一 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 建议成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所选等级前的 内画 评阅教师 评阅教师 签名 单位 单位 盖章 年年 月月 日日 教研室 或答辩小组 及教学系意见教研室 或答辩小组 及教学系意见 教研室 或答辩小组 评价 教研室 或答辩小组 评价 一 答辩过程一 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 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 评定成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 教研室主任 或答辩小组组长 教研室主任 或答辩小组组长 签名 年年 月月 日日 教学系意见 教学系意见 系主任 系主任 签名 年年 月月 日日 摘 要 煤矿主扇风机运行正常与否 直接关系到整个煤矿的生产安全 因此实时了 解主通风机运行状态对煤矿安全运行就显得尤其重要 本文以王庄煤矿主扇风机为背景 采用 InTouch 组态软件设计了一套风机监 控系统 论文重点规划了王庄矿主扇风机监控软件的菜单及功能组成 完成了该 监控软件的整体结构设计 论文首先阐述了监控系统的关键技术及组成特点 然 后对主扇风机监控主界面 各风机参数监测 实时历史曲线以及报警显示等主要 窗口的设计过程进行了详细说明 最后实现了风机运行的实时监控 风机报警 风机远程中心监控等主要功能 为煤矿主扇风机提供了现代化的安全监控手段 具备无人值守功能 主扇风机监控系统极大地提高了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 同时为设备的管理和维护提高了可靠的科学依 据 关键词 主扇风机 组态软件 InTouch 监控系统 ABSTRACT Mine main fan operating normally or not is directly related to the production of the coal mine safety so real time understanding of the main fan running on the safe operation of coal mines are particularly important In this paper Wangzhuang Coal Mine main fan for the background the use of InTouch configuration software designed a fan monitoring system Papers focus on planning the Wangzhuang mine fan monitoring software menus and functions of the composition of the monitoring software to complete the overall structural design First of all papers on the monitoring system composed of the key technologies and features and then monitor the main fan on the main interface the parameters of the fan monitoring real time history curve and the police show that the design of the main window for a detailed description of the process the final realization of the fan is running The real time monitoring fan alarm remote central monitoring fans and other major features main fan for the coal mine to provide a modern means of safety monitoring with unmanned function Main fan monitoring system greatly improve the automation of the main ventilator management ventilator effectively protect the main economic reliable safe operation of equipment at the same time improve the management and maintenance of a reliable scientific basis Key words main fan configuration software InTouch monitoring system 目 录 1 1 绪论绪论 1 1 1 问题的提出及研究意义 1 1 2 本课题国内外研究现状 2 1 3 本文的主要工作 4 1 4 本章小结 4 2 2 风机监控系统的功能分析风机监控系统的功能分析 4 2 1 通风机结构和工作原理 4 2 2 风机监控系统的控制要求和功能设计 5 2 3 本章小结 6 3 3 监控系统的软件设计监控系统的软件设计 6 3 1 组态软件简介 6 3 1 1 概述 6 3 1 2 常见组态软件简介 7 3 1 3 组态软件的组成及其基本功能 7 3 1 4 组态软件的主要特点 8 3 1 5 组态软件的层次结构 9 3 1 6 组态软件的优势 9 3 2 INTOUCH简介 10 3 2 1 概述 10 3 2 2InTouch 的特点 11 3 3 组态监控系统软件的总体设计思路 11 3 4 登陆界面的设计 12 3 5 主界面的设计 16 3 6 风机参数界面的设计 22 3 7 实时曲线的设计 25 3 8 历史曲线的设计 27 3 9 报警显示的设计 30 3 10 退出系统的设置 32 3 11 本章小结 33 4 4 煤矿主扇风机监控系统功能展示煤矿主扇风机监控系统功能展示 33 4 1 登陆界面的功能 33 4 2 主界面功能 34 4 3 风机运行参数监控界面的功能 35 4 4 实时和历史曲线功能 36 4 5 报警显示功能 37 4 6 本章小结 38 5 5 总结和展望总结和展望 38 参考文献参考文献 40 翻译部分翻译部分 42 英文原文 42 中文译文 49 致致 谢谢 54 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 1 页 1 绪论 随着国民经济的快速发展 国家能源工业对煤炭的需求日益增长 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 Intouch 组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 1 问题的提出及研究意义 众所周知 煤矿井下生产过程中时时刻刻都受到 水 火 瓦斯 顶板 几 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 为几大 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 不断地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 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 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 瓦斯灾害防治的主要目的是防治瓦斯积聚 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 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 2 页 瓦斯灾害预兆 及时采取措施消除灾害隐患 防患于未然 2 3 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 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 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 2 3 4 5 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 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 3 页 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 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 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 4 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 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 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 4 页 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 1 3 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 1 4 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 2 1 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益 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 5 页 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 2 1 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 2 2 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14 22 轴流风机结构简图 图 2 1 轴流风机结构简图 1 集风器2 整流罩3 叶轮4 导叶5 整流体6 扩散筒1 11 3 叶轮 4 导叶 5 整流体 6 扩散筒 中国矿业大学 2009 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 a 在参数集中显示界面中显示变化 b 报警灯闪烁提示切换到报警窗口以报表详细显示 c 蜂鸣器鸣叫警示 d 数据库中记录存储 2 3 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 3 1 组态软件简介 3 1 1 概述概述 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 2009 届本科生毕业设计 第 7 页 的全部接口 进行系统集成 17 3 1 2 常见组态软件简介常见组态软件简介 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 Windows3 1 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 InTouch9 5 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 Controx2000 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 3 1 3 组态软件的组成及其基本功能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3 1所示 为例进行说明 3 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 8 页 运行 界面 Windows Viewer FoxPro for Windows InTouc h 环境 DDE 开发 界面 Windows Maker DDE Serve r 外部设备 图 3 1 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 3 1 4 组态软件的主要特点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 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 9 页 或系统结构 或用户需求发生改变时 不需作很多修改就可方便地完成软件的更 新和升级 2 封装性 易学易用 组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用 的方法包装起来 对于用户 不需掌握太多的编程语言技术 甚至不需要编程技 术 就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能 3 通用性 每个用户根据工程实际情况 利用组态软件提供的底层设备 PLC 智能仪表 智能模块 板卡 变频器等 的 I O Driver 开放式的数据库 和画面制作工具 就能完成一个具有动画效果 实时数据处理 历史数据和曲线 并存 具有多媒体功能和网络功能的工程 不受行业限制 因此 组态软件是一个具有易用性 开放性和集成能力的应用软件 应用组 态软件可以使工程师把主要精力放在控制对象上 而不是形形色色的通信协议 复杂的图形处理 枯燥的数字统计 只需要填表式操作 即可生产适合于自己的 监控和数据采集系统 18 19 3 1 5 组态软件的层次结构组态软件的层次结构 通常组态软件的整个系统划分为三个层次结构 即控制层 监控层 管理层 其中 监控层对下连接控制层 对上连接管理层 它不但实现对现场的实时监控 而且常在自动控制系统中完成上传下达 组态开发的重要作用 监控层的硬件以 工业级的微型计算机和工作站为主 目前更趋向于工业PC机 系统软件按照功能划分为两大部分 监控部分及数据库部分 14 15 23 监控部分包括人机界面监控软件 后台控制软件 协议转换软件 监控软件 以Microsoft公司的Windows XP Professional操作系统为软件平台 以Wonderware公 司的InTouch为平台对人机界面软件 后台控制软件和协议转换软件进行二次开发 本监控界面采用图形及文字相结合的导航模式 分为实时信息监控 实时告警 事件报警记录以及历史趋势查询等 数据库部分包括实时或历史趋势以及告警 此数据库软件可以对任何时间 任何设备进行实时或历史数据的查询 满足不同层次的管理人员的需要 根据实 时或历史数据 还可以生成各种曲线 并对用电趋势进行分析 另外 任何的系 统告警都存储到数据库 并以弹出对话框 闪光报警相结合的方式提醒管理人员 注意 并采取相应措施 20 21 3 1 6 组态软件的优势组态软件的优势 针对中小型煤矿变电站监控系统相对于其它两类应用软件来说 组态软件的 架构决定其具有的天然优势 21 1 高度开放的接口 相对于各个硬件厂家所推出的监控软件而言 作为第 三方的组态软件则开放得多 无论是现场总线 或者是自定义的通讯格式 只要 能确定通讯协议 都可以通过增加相应的驱动 关联该设备 进而监测控制 这 样 用户就拥有了最大的选择余地 几乎可以任意的选择各家硬件厂家的产品来 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 10 页 组合成自己所需的控制系统 从而构成自己所需的以组态软件为控制核心的监控 系统 2 快速的界面设定 通过组态软件可以轻松的绘制各种人机界面 简单的 几个操作和设定就可以实现最常用的历史曲线 报表 报警 各种动画等 相比 较高级的编程工具VB VC等容易了很多 3 自由的组网方式 围绕着组态软件 可以根据工程需要 构建所需的网 络 实现真正的分布式结构 网络间的传输介质也多种多样 4 低成本 一方面 组态软件通常可以运行在Windows环境下 一台PC机 或者工控机都可以运行组态软件 无论是组态软件本身 还是整体控制系统 其 成本都相对较低 5 较高的开发效率 由于组态软件本身是个半成品 很多底层的通讯控制 等操作都已被封装起来 所以用户在此平台上做进一步开发就轻松很多 可以节 省大量时间 进一步降低成本 6 应用范围广泛 无论是用于工厂的整体监控 还是配套现场设备 组态 软件的使用环境可大可小 多套组态软件可以形成低成本分布式的监控系统 而 单套软件也可以单独配套现场设备 起到上位机的作用 可以记录历史数据 提 供美观的人机界面 提升产品的科技含量 形成软硬一体的解决方案 7 多样的数据接口 组态软件可以将采集的历史数据保存到本地或者远程 服务器上的实时数据库中 也可以将原始数据或者统计值等数据保存到各种关系 数据库中 通过组态软件的数据平台 现场数据可以轻松传到更高一层的软件系 统中 方便用户的操作和管理 8 丰富的控制功能 组态软件通常都支持功能丰富易用的脚本控制 InTouch组态软件中可以设置窗口脚本 应用程序脚本 键脚本 数据改变脚本 QuickFunction脚本 ActiveX事件脚本等 同时提供了近千个脚本函数 灵活准确 的使用脚本和其函数 可以轻松实现各种复杂的控制流程 进一步方便用户的使 用 22 23 24 3 2 InTouch 简介 3 2 1 概述概述 InTouch是一种工业自动化组态软件 Wonderware公司的产品 Wonderware 公司成立于 1987 年 是在制造运营系统率先推出 Microsoft Windows 平台的人机界面 HMI 自动化软件的先锋 世界第一家推出组态软件的 公司 Wonderware InTouch for FactorySuite为以工厂和操作人 员为中心的制造信息系统提供了可视化工具 这些制造信息系统集成了操作人员 所必需的各种信息 可以在工厂内部和各工厂之间共享 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 11 页 InTouch HMI软件用于可视化和控制工业生产过程 它为工程师提供了一种易 用的开发环境和广泛的功能 使工程师能够快速地建立 测试和部署强大的连接 和传递实时信息的自动化应用 InTouch软件是一个开放的 可扩展的人机界面 为定制应用程序设计提供了灵活性 同时为工业中的各种自动化设备提供了连接 能力 InTouch 包含三个主要程序 它们分别是 InTouch 应用程序管理器 WindowMaker 以及 WindowViewer wcAddItem c1 操作员 wcAddItem c1 管理员 3 密码和登录按钮的设计 在工具箱中选择长方形和按钮画出密码输入框和登录按钮 命名密码框的标记名为 mm 选择按钮的动作属性 编写登陆程序 如图3 5所示 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 15 页 图 3 5 登陆程序 4 错误提示窗口 如果用户名或密码输入错误后按登录按钮会弹出 错误提示 窗口 以提示 操作者重新输入 如图 3 6 所示 图 3 6 错误提示 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 16 页 3 登陆界面效果图 登陆界面效果图如图 3 7 所示 图 3 7 登录界面效果图 3 5 主界面的设计 1 新建窗口 在 文件 菜单上单击 新建窗口 或者单击 常规工具栏 上的 新建 窗口 工具 会出现 窗口属性 对话框 如图3 8所示 图 3 8 主界面窗口属性 2 界面设计 1 选择工具箱里的文本工具 在界面适当位置输入设计名称 扇风机监控主 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 17 页 界面 2 主界面的绘制 在向导里选择Symbol Factory中的Pipes和Motors 如图3 9所示 利用这 些元件画出风道和风机的示意图 图 3 9 Pipes and Motors 利用工具箱中的工具和向导中的元件绘制出按钮和扇叶等的图形 以实现 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 18 页 风机监控的功能 具体效果如图 3 10 所示 图 3 10 主界面 1 号风门按钮动画链接的实现 1 号风门可见性的属性设置 双击 1 号风门 选择可见性属性 设置当 q 0 时可见 q 1 时不可见 如图 3 11 所示 图 3 11 1 号风门可见性的设置 1 号风门按钮属性的设置 双击 1 号风门按钮选择填充离散颜色 离散值触动按钮和离散值显示 以设 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 19 页 置各自的属性 如图 3 12 所示 图 3 12 1 号风门按钮属性 2 号风门 3 号风门和 4 号风门的设计和 1 号风门的同理可得 1 号风机按钮的设置 对旋轴流式风机的风叶都是各由四个不同方位的扇叶组合成的 旋转效果根 据顺序循环显示来实现 一级扇叶旋转的设置 分别设置第 1 2 3 4 片扇叶在 n 1 2 3 4 时可见 利用离散型变量 m 来控制 在窗口脚本中编写程序 IF m 1 THEN n n 1 IF n 5 THEN n 1 ENDIF ELSE n 1 ENDIF 二级扇叶旋转的设置 分别设置第 1 2 3 4 片扇叶在 p 1 2 3 4 时可见 利用离散型变量 o 来控制 在窗口脚本中编写程序 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 20 页 IF o 1 THEN p p 1 IF p 5 THEN p 1 ENDIF ELSE p 1 ENDIF 2 号风机旋转的设置和 1 号风机的同理 风机参数的设计 以各自名字的缩写命名他们的标记名 如 1 号风机的矿井负压标记名命名 为 1kjfy 如图 3 13 所示 图 3 131 号矿井负压标记名的设置 在窗口脚本中编写程序以实现风机各个参数的实时数据 IF m 1 THEN 1kjfy 1kjfy 0 001 1fs 1fs 0 001 1fl 1fl 0 001 11dzwd 11dzwd 0 001 11qzwd 11qzwd 0 001 11hzwd 11hzwd 0 001 11xdy 11xdy 0 001 11xdl 11xdl 0 001 11pl 11pl 0 001 12dzwd 12dzwd 0 001 12qzwd 12qzwd 0 001 12hzwd 12hzwd 0 001 12xdy 12xdy 0 001 12xdl 12xdl 0 001 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 21 页 12pl 12pl 0 001 ENDIF IF o 1 THEN 2kjfy 2kjfy 0 001 2fs 2fs 0 001 2fl 2fl 0 001 21dzwd 21dzwd 0 001 21qzwd 21qzwd 0 001 21hzwd 21hzwd 0 001 21xdy 21xdy 0 001 21xdl 21xdl 0 001 21pl 21pl 0 001 22dzwd 22dzwd 0 001 22qzwd 22qzwd 0 001 22hzwd 22hzwd 0 001 22xdy 22xdy 0 001 22xdl 22xdl 0 001 22pl 22pl 0 001 ENDIF 报警指示灯的设计 双击报警指示灯 选择闪烁和填充离散报警颜色属性 如图 3 14 所示 图 3 14 报警指示灯的属性 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 22 页 在窗口