完整版基于组态软件的煤矿主扇风机监控系统设计毕业论文.docx

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完整版基于组态软件的煤矿主扇风机监控系统设计毕业论文

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

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：

2009年月日

毕业论文日期：

2009年月日至2009年月日

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

毕业论文专题题目：

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

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

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

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：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

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

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（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□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：

系主任：

（签名）

年月日

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

Minemainfanoperatingnormallyornot,isdirectlyrelatedtotheproductionofthecoalminesafety,soreal-timeunderstandingofthemainfanrunningonthesafeoperationofcoalminesareparticularlyimportant.

InthispaperWangzhuangCoalMinemainfanforthebackground,theuseofInTouchconfigurationsoftwaredesignedafanmonitoringsystem.PapersfocusonplanningtheWangzhuangminefanmonitoringsoftwaremenusandfunctionsofthecompositionofthemonitoringsoftwaretocompletetheoverallstructuraldesign.Firstofallpapersonthemonitoringsystemcomposedofthekeytechnologiesandfeatures,andthenmonitorthemainfanonthemaininterface,theparametersofthefanmonitoring,real-timehistorycurveandthepoliceshowthatthedesignofthemainwindowforadetaileddescriptionoftheprocess,thefinalrealizationofthefanisrunningThereal-timemonitoring,fanalarm,remotecentralmonitoringfansandothermajorfeatures,mainfanforthecoalminetoprovideamodernmeansofsafetymonitoringwithunmannedfunction.

Mainfanmonitoringsystemgreatlyimprovetheautomationofthemainventilatormanagement,ventilatoreffectivelyprotectthemaineconomic,reliable,safeoperationofequipmentatthesametimeimprovethemanagementandmaintenanceofareliablescientificbasis.

Keywords:

mainfan;configurationsoftware;InTouch;monitoringsystem

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瓦斯灾害预兆，及时采取措施消除灾害隐患，防患于未然。

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。

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；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。

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。

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