礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

1、電 子 科 技 大 學(xué)UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA工程碩士學(xué)位論文ENGINEERING MASTER DISSERTATION 論 文 題 目： 礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng) 工 程 領(lǐng) 域： 軟件工程 指 導(dǎo) 教 師： 廖 勇 作 者 姓 名： 周 獻(xiàn) 班 學(xué) 號(hào)： 200892353004 分類號(hào) 密級(jí) UDC 學(xué) 位 論 文 礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng) 周 獻(xiàn) 指導(dǎo)教師姓名 廖 勇 博士 電子科技大學(xué) 成都 徐訊 高級(jí)工程師 中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限公司 長(zhǎng)沙申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩士 專業(yè)名稱 工程碩士 論文提交日

2、期 2012.3 論文答辯日期 2012. 學(xué)位授予單位和日期 電子科技大學(xué) 答辯委員會(huì)主席 評(píng)閱人 2012 年 月 日 注 1 注明國(guó)際十進(jìn)分類法 UDC的類號(hào)獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。簽名： 日期： 年 月 日關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的

3、規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 摘 要I摘 要井下排水是伴隨著采礦工程產(chǎn)生的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，目前國(guó)內(nèi)大多礦井的中央水泵房還在采用傳統(tǒng)的水位報(bào)警和人工操作結(jié)合的排水模式。所以，研究一套安全可靠的井下排水自動(dòng)化管理系統(tǒng)是非常有意義的。 本篇論文根據(jù)目前先進(jìn)的工業(yè)控制以及傳感技術(shù)，開發(fā)出一套礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子公司 S7-3

4、00 PLC 可編程控制器，操作系統(tǒng)軟件采用 Windows2000 Professional，編程軟件采用西門子公司的 STEP7 V5.3SP3，組態(tài)軟件采用西門子公司的 WINCC V6.2SP3，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件為微軟公司SQLserver2000WINCC 版本。本次所設(shè)計(jì)的礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)將通過(guò) PLC 輸入點(diǎn)采集、傳感器檢測(cè)、監(jiān)控等措施結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)井下排水各項(xiàng)數(shù)據(jù)的共享和動(dòng)態(tài)管理，達(dá)到高度整合，使地面中控操作員全面、準(zhǔn)確的了解和處理井下各種突發(fā)狀況，使水泵的起停、故障診斷和數(shù)據(jù)處理上完全自動(dòng)化，不需要人工干預(yù)，中央水泵房實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：礦山，井下排水系統(tǒng)，P

5、LC，無(wú)人值守，排水自動(dòng)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 錄III目 錄摘摘 要要.IABSTRACT

10、.II目目 錄錄 .III第一章第一章 緒論緒論.11.1 礦山井下涌水的形成和井下排水的重要性 .11.2 我國(guó)的排水設(shè)施的現(xiàn)狀.21.3 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài).21.3.1 國(guó)內(nèi)的研究工作.31.3.2 國(guó)外研究動(dòng)態(tài).41.4 選題的目的和意義.51.5 本課題研究的主要內(nèi)容.51.6 小結(jié).6第二章第二章 相關(guān)技術(shù)介紹相關(guān)技術(shù)介紹.72.1 西門子 STEP 7 V5.4 專業(yè)版.72.2 WINCC .72.3 AJAX 技術(shù).92.4 SQL SERVER2000.10第三章第三章 系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求分析.123.1 需求背景.123.2 需求分析的目標(biāo).123.2.1 系統(tǒng)功能性需求.

11、123.2.2 系統(tǒng)非功能需求.163.3 數(shù)據(jù)庫(kù)需求分析.163.4 系統(tǒng)工作原理及配置.173.4.1 系統(tǒng)工作原理及工作方式.173.4.2 井下排水泵的節(jié)能控制原則.18目 錄IV3.5 本章小結(jié).18第四章第四章 系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)系統(tǒng)概要設(shè)計(jì).194.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu).194.2 子系統(tǒng)設(shè)計(jì).204.2.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng).204.2.2 單臺(tái)水泵控制子系統(tǒng).224.2.3 水泵房中央控制子系統(tǒng).234.3 本章小結(jié).24第五章第五章 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì).255.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)設(shè)計(jì).255.1.1 模擬量檢測(cè)模塊.255.1.2 開關(guān)量檢測(cè)模塊.285.2 單臺(tái)水泵控制子系統(tǒng)設(shè)

12、計(jì).295.2.1 液位信息模塊.295.2.2 水泵溫度信息模塊設(shè)計(jì).315.3.水泵房中央控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì).325.3.1 數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計(jì).325.3.2 開停機(jī)模塊.335.4 排水泵的基本運(yùn)行控制原則.345.5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì).365.5 本章總結(jié) .39第六章第六章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).406.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體思路.406.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)說(shuō)明.416.4 水泵房中央控制系統(tǒng)模塊的關(guān)鍵代碼.426.5 軟件設(shè)計(jì)的基本成果.486.5 系統(tǒng)測(cè)試.546.5.1 功能測(cè)試.546.5.2 界面測(cè)試.586.5.3 文檔測(cè)試.596.5.4 性能測(cè)試.59目 錄V6.5.5 測(cè)試結(jié)果的預(yù)

13、期.596.6 本章小結(jié).59第七章第七章 結(jié)論和展望結(jié)論和展望.607.1 本論文研究總結(jié) .607.2 前景展望 .61致致 謝謝.62參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).63攻博攻博/碩期間取得的研究成果碩期間取得的研究成果.65第一章 緒論1第一章 緒論1.1 礦山井下涌水的形成以及井下排水的重要性礦山井下涌水一般來(lái)說(shuō)是因礦井巷道以及采空區(qū)滲漏的水造成的，它們的水源主要來(lái)自地表水、大氣降水、含水層水和采空區(qū)水。地表水：其直接坐落在礦山上面或在礦山附近分布的，如江河、湖泊、水池、水庫(kù)等，是重要的影響因素和隱患，可以直接或間接地通過(guò)巖石的孔隙、裂隙、巖溶而流入礦井對(duì)生產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。大氣降水：它是礦井水的根

14、源，除了小一部分被蒸發(fā)和流失，另一部分通過(guò)孔隙和裂隙巖體滲入地下，或者直接進(jìn)入地下。如果不是同一地區(qū)、同一季節(jié)、同一開采深度的話，影響是不同的。在西北地區(qū)降水少，在南部地區(qū)降雨量則較多，甚至在同一區(qū)域內(nèi)，由于大氣降雨季節(jié)的變化，礦山隨著礦山開采深度的不同，降水量發(fā)生相應(yīng)變化。一般來(lái)說(shuō)，隨著采礦量和開采深度的增加，采掘上山水平產(chǎn)生的水量小些、采掘下山水平產(chǎn)生的水量大些。斷層水：斷層水主要是由于礦井水注入斷層地帶中的集合部位，并在斷層區(qū)域相連而成。由于礦井事故的發(fā)生，采礦活動(dòng)使得礦井水注入地下，這也破壞了地層的隔水性。斷層水的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)含量較大，靜態(tài)含量較小，地表面的壓強(qiáng)較大，對(duì)礦山安全生產(chǎn)造成巨

15、大的影響。含水層水：礦井水的重要來(lái)源之一是含水層水。在大多數(shù)情況下，降水、地表水供給含水層的水。水流入礦井含水層后的儲(chǔ)備分靜態(tài)儲(chǔ)備和動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備。其中靜態(tài)儲(chǔ)備是指的在礦井巷道施工未接觸含水層之前就已經(jīng)存在的地下水蓄水層，其的大小由于含水層厚度以及巖石破裂的大小和多少來(lái)決定。一般在礦山采掘施工的早期主要是靜態(tài)儲(chǔ)備水的排放，可以在采掘施工過(guò)程實(shí)施時(shí)逐漸減少。如果地表水以及大氣降水不斷注入含水層使得含水層的水能夠源源不斷的獲得補(bǔ)充，而且雖經(jīng)過(guò)地下長(zhǎng)時(shí)間排水仍然不能疏干，這種水就稱為動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備地下蓄水層?？偟膩?lái)說(shuō)含水層靜態(tài)儲(chǔ)備一般對(duì)礦山生產(chǎn)早期有部分影響，它會(huì)逐漸減弱直至疏干，但含水層動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備水的影響就會(huì)長(zhǎng)

16、時(shí)間對(duì)礦山生產(chǎn)造成威脅。采空區(qū)水(老窯水):各個(gè)時(shí)期的采空區(qū)由于長(zhǎng)期停止地下水排水被稱為采空區(qū)水或老窯水。礦山開采在我國(guó)有著悠久的歷史，有些直接或容易被發(fā)現(xiàn)的表面礦電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文2層，上部均為采空區(qū)域。再加上一些年前的礦山企業(yè)亂挖亂采后，不僅在老窯水?dāng)?shù)量，范圍上增多，在深度上就像一個(gè)地下水庫(kù)，一旦巷道揭露或柱子之間窯煤強(qiáng)度低于其靜壓強(qiáng)度、地下水庫(kù)壩體會(huì)突然坍塌，它的下游也將被淹沒(méi)，造成嚴(yán)重事故的后果不堪設(shè)想。如果地下水沒(méi)有及時(shí)被送到礦井地面，地下生產(chǎn)可能阻礙，安全會(huì)受到威脅，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成重大安全事故的發(fā)生，導(dǎo)致礦井被淹，危害礦工的生命安全。如：2001 年 7 月中旬，廣西南丹

17、發(fā)生礦山事故造成 81 人死亡的悲劇，2004 年 12 月，貴州省銅仁地區(qū)天池地下煤礦發(fā)生透水事故，81 人地下值班，事故發(fā)生后，只有45 人逃脫；2007 年 1 月，內(nèi)蒙古包頭超越礦業(yè)有限公司在透水事故當(dāng)中，29 名礦工遇難；2008 年山西省王家?guī)X礦發(fā)生嚴(yán)重事故：:因?yàn)闆](méi)有建立有效的排水系統(tǒng)，在“3.28”透水事故造成 153 人被困，在黨中央和國(guó)務(wù)院的關(guān)懷和照顧，最后礦工的救援工作取得最大的成功，但是仍有 38 人永遠(yuǎn)不能再生還。因此，為了保障礦山企業(yè)安全生產(chǎn)，必須要建立一個(gè)完整的礦山排水系統(tǒng)。與此同時(shí)，建設(shè)好安全可靠的地下排水自動(dòng)化管理系統(tǒng)，可以提高礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)能力，合理降低

18、排水能耗，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 我國(guó)的排水設(shè)施的現(xiàn)狀目前，大部分的礦井水泵房還 常用傳統(tǒng)的水位檢測(cè)、超限報(bào)警 設(shè)備，然后再由排水泵人工操作排水模式。該模式由于應(yīng)急能力差和自動(dòng)化程度低并且必須由工人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，這就導(dǎo)致很多潛在的安全問(wèn)題 ，除此之外，管理水平和經(jīng)濟(jì)效益也非常低，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化礦山的應(yīng)用。因此 ，如何建立一個(gè)安全可靠的地下排水自動(dòng)化管理系統(tǒng) ，提高礦山企業(yè)安全生產(chǎn)能力 ，合理降低排水能耗 ，從而提高效率，值得研究。1.3 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)地下排水伴隨著礦業(yè)工程生產(chǎn) ，是一項(xiàng)非常重要的系統(tǒng)工程。隨著控制理論更新和測(cè)試技術(shù)進(jìn)步，各國(guó)專家在自動(dòng)化排水系統(tǒng)的研究和實(shí)踐已經(jīng)取得

19、了很大進(jìn)步。主要技術(shù)為：用微處理器為核心的可編程控制器 逐漸取代繼電器控制系統(tǒng)并廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域 ，因此，自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于礦山生產(chǎn)與安全來(lái)說(shuō)已日益成為研究的熱門方向之一。第一章 緒論31.3.1 國(guó)內(nèi)的研究工作我國(guó)國(guó)內(nèi)的研究人員在排水方案優(yōu)化、排水設(shè)備改造和 綜合管理等方面進(jìn)行了大量研究。能耗和效率有顯著提高 ，大量的中國(guó)科學(xué)家和技術(shù)人員提出了一些實(shí)際的方式來(lái)提高經(jīng)濟(jì)效益。1994 年中國(guó)東部的地質(zhì)研究所 研究并發(fā)布了“線性規(guī)劃模型在基坑井點(diǎn)排水工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ” 。該排水設(shè)計(jì)方法在保證安全施工的前提下使排水工程成本降低到最 少。該研究的特點(diǎn)是國(guó)內(nèi)排水專家和技術(shù)人員煤礦井下

20、的排水系統(tǒng)中，建立了仿真模型，并指出其存在的合理性分析模型 ，對(duì)排水系統(tǒng)、安全仿真方案 ，為選擇最佳排水方案提供了依據(jù)。1996 年河北省原邢臺(tái)礦務(wù)局工作人員發(fā)現(xiàn)在邢臺(tái)礦山多個(gè)采礦斷層的水文地質(zhì)條件及其復(fù)雜，改局工作人員通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇合理方法，推出了旋流器分級(jí)排水系統(tǒng)。這個(gè)是整個(gè)采礦安全生產(chǎn)中起著極其重要作用的，為防治礦山水害提供了一條有效途徑。在 1998 年，雞西礦務(wù)局專家和技術(shù)人員對(duì)雞西市煤礦機(jī)械礦務(wù)局設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題，通過(guò)系統(tǒng)分析，簡(jiǎn)化排水程序并對(duì)水泵以及整個(gè)排水系統(tǒng)進(jìn)行研究和改進(jìn)，使系統(tǒng)滿足了節(jié)省電能的設(shè)想并創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。新汗礦務(wù)局有關(guān)專家對(duì)

21、礦山排水設(shè)備的問(wèn)題：效率低下，小的排水能力等已經(jīng)不能滿足要求的礦山礦井排水系統(tǒng)實(shí)施改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下：1，合理選擇排放點(diǎn)；2、新型高效泵；3、斜井鉆井立管排水；4、沒(méi)有使用任何底閥排水；5、排水管道以并行方式進(jìn)行。該設(shè)計(jì)合理選用了主排水設(shè)備，使主排水設(shè)備在合理的基本條件下運(yùn)行和操作，而且采用了新型號(hào)的高效水泵，沒(méi)有使用底閥排水、并行排水管道和其他的方法，該系統(tǒng)改造后，不僅節(jié)能效果明顯，而且提高了礦山井下災(zāi)害的抵御能力和很利于安全生產(chǎn)。2003 年，河南鄭州煤炭設(shè)計(jì)研究院研究人員以安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為原則進(jìn)行排水設(shè)備效率分析以及選型，確保水泵汽蝕現(xiàn)象能控制的前提下，找到泵效率和產(chǎn)品生產(chǎn)線效率最大

22、的最佳運(yùn)行點(diǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)在排水系統(tǒng)控制方面雖然仍有一些問(wèn)題，但成績(jī)是顯具的。國(guó)內(nèi)大部分礦井排水控制的現(xiàn)狀是：多采用人工檢測(cè)水位、淤泥厚度、管道門以及配電設(shè)備狀態(tài)，控制主要使用繼電器控制，造成工作效率低下，井下工作勞動(dòng)強(qiáng)度大進(jìn)而造成井下事故頻發(fā)。通過(guò)人工檢測(cè)方法，無(wú)法滿足采礦業(yè)的發(fā)展電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文4需求，而應(yīng)該由自動(dòng)化排水系統(tǒng)替代。如果使用智能控制排水系統(tǒng)，把統(tǒng)治控制方法，模糊控制方法，專家智能控制分析方法等設(shè)計(jì)原則使用到自動(dòng)排水系統(tǒng)中，使排水系統(tǒng)自動(dòng)采集，記錄數(shù)據(jù)、自動(dòng)故障報(bào)警，自動(dòng)進(jìn)行事故記錄和分析實(shí)現(xiàn)水泵開關(guān)自動(dòng)控制，將確保和提高排水系統(tǒng)的安全性、可靠性。自動(dòng)化排水系統(tǒng)

23、的自動(dòng)化和智能化有著良好的發(fā)展前景。在 1997 年，遼寧某工程大學(xué)引進(jìn)一種新的礦井排水，電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)?；诘V井排水系統(tǒng)的不定時(shí)，多變量，非線性因數(shù)，以及排水管道、系統(tǒng)泵組等具有參數(shù)的交叉接近特性，模糊控制方法特別適合排水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析診斷。該電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)基于先進(jìn)的分布控制模型，構(gòu)建了分級(jí)模塊結(jié)構(gòu)體系，推出了模糊控制和綜合決策的理論。2002 年的煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)研究院和邯鄲煤礦集團(tuán)若干人提出 PLC 自動(dòng)檢測(cè)水倉(cāng)水位和其它參數(shù)，該理論以合理調(diào)度水泵運(yùn)行，達(dá)到峰谷節(jié)能為目的，采集水位數(shù)據(jù)和用電量信息，建立分析控制模型，研究了可編程控制器在煤礦井下排主控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成的功能特點(diǎn)和適用

24、條件。隨著企業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和的不斷發(fā)展，北京理工學(xué)院于 2005年在前人研究的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)的自動(dòng)化水平 ，提出了建設(shè)無(wú)人職守機(jī)站 的發(fā)展要求，他們?cè)O(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控 并且無(wú)人職守的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，最終取得了良好的檢測(cè)和控制的效果。目前國(guó)內(nèi)的部分礦山企業(yè)管理者也意識(shí)到自動(dòng)控制排水系統(tǒng) 得重要性并嘗試改進(jìn)。但是，由于一些自動(dòng)化排水控制系統(tǒng)本身存在 設(shè)計(jì)缺陷使得排水操作并不理想，甚至比手動(dòng)操作更不可靠。一些國(guó)內(nèi)安裝了自動(dòng)排水設(shè)備 的企業(yè)甚至已經(jīng)放棄了自動(dòng)化而轉(zhuǎn)向使用人工操作 ，這也造成了極大的損失和浪費(fèi)。因此，我們需要在研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上結(jié)合 礦山企業(yè)現(xiàn)狀，開發(fā)出一套安全性，可靠性高，而運(yùn)

25、行成本低的自動(dòng)化排水系統(tǒng)并將其融入到整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。1.3.2 國(guó)外研究動(dòng)態(tài)國(guó)外研究人員對(duì)礦井排水做了大量的研究。為了提高運(yùn)行績(jī)效的礦井排水設(shè)備，必須對(duì)水泵和管路清洗周期進(jìn)行優(yōu)化。俄羅斯莫斯科大學(xué)教授本著節(jié)省成本的原則，推導(dǎo)了最好的水泵運(yùn)行和管路清洗周期的周期公式。詳細(xì)介紹了最優(yōu)方案解的計(jì)算方法的參數(shù)，不同的水泵采用實(shí)際流量測(cè)量方法，等。并以俄羅斯煤第一章 緒論5炭生產(chǎn)聯(lián)合公司作為一個(gè)例子。具體介紹了在幾種條件下，經(jīng)修正后的一些離心泵的能源消耗情況。另外，加拿大等礦產(chǎn)資源豐富的國(guó)家在采礦自動(dòng)化技術(shù)引入方面取得了前所未有的成績(jī)。其中加拿大就提出了“數(shù)字礦山”的概念，主要立綜合信息基本框架的建立

26、，以及將所有采掘過(guò)程并入網(wǎng)絡(luò)，研制各種監(jiān)控傳感器、排除井下排水設(shè)備的自動(dòng)控制和監(jiān)控的各種誤差，開發(fā)遙控機(jī)器人技術(shù)。芬蘭礦業(yè)協(xié)會(huì)則公布了智能化開采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)管和生產(chǎn)自動(dòng)控制的目的，推廣廣泛的信息網(wǎng)絡(luò)，新型機(jī)器和生產(chǎn)、維修自動(dòng)化。俄羅斯則研究以了微技處理術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)控制和故障診斷系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的安全操作性。以上這些國(guó)家雖然是把排水控制內(nèi)容包含到礦山自動(dòng)化的總體系統(tǒng)中，但他們把排水系統(tǒng)所有的控制信息傳輸?shù)街醒肟刂剖疫M(jìn)行統(tǒng)一分析和控制，使排水系統(tǒng)傳感器技術(shù)和排水系統(tǒng)控制分析系統(tǒng)取得了巨大的發(fā)展。1.4 選題的目的和意義1）提高礦山企業(yè)安全管理水平：礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)使水泵的起停

27、、故障診斷和數(shù)據(jù)處理上完全自動(dòng)化，不需要人工干預(yù)，中央泵房才可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。讓生產(chǎn)企業(yè)預(yù)知井下涌水的危險(xiǎn)性，適時(shí)分析生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種安全數(shù)據(jù)和狀態(tài)，完整的評(píng)價(jià)和處理生產(chǎn)階段的各種危險(xiǎn)，讓投入運(yùn)行的礦山企業(yè)滿足國(guó)家規(guī)定的井下排水安全的各項(xiàng)規(guī)程要求。2）對(duì)日常安全管理所需數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行高度整合：礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò) PLC 輸入點(diǎn)采集、傳感器檢測(cè)、監(jiān)控等措施結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)井下排水各項(xiàng)數(shù)據(jù)的共享和動(dòng)態(tài)管理，達(dá)到高度整合，使地面中控操作員全面、準(zhǔn)確的了解和處理井下各種突發(fā)狀況。3）有助于企業(yè)合理運(yùn)行設(shè)備，避免浪費(fèi)，提高其經(jīng)濟(jì)效益： 礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)使得井下工作的水泵耗能處于最經(jīng)濟(jì)的

28、狀態(tài)。以水泵均勻磨損為原則，實(shí)現(xiàn)避免某臺(tái)水泵因經(jīng)常使用而造成疲勞。監(jiān)控系統(tǒng)需要在保障水倉(cāng)水位安全的前提下使排水泵的啟動(dòng)次數(shù)最少。上述功能的實(shí)現(xiàn)無(wú)疑可提高礦山生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文61.5 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)的構(gòu)架、系統(tǒng)的功能以及系統(tǒng)的控制原則。系統(tǒng)綜合應(yīng)用技術(shù)包括：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等。1.6 小結(jié)本章主要闡述了礦山井下涌水的形成和井下排水的重要性，分析了國(guó)內(nèi)外對(duì)礦山井下排水的研究現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)，提出了選題的目的和意義，列出了本課題研究的主要內(nèi)容。擬通過(guò)課題的研究與實(shí)踐，建立一套自動(dòng)化排水系統(tǒng)，滿足礦山井下排

29、水安全、節(jié)能的自動(dòng)化管理要求，使中央排水泵達(dá)到安全可靠經(jīng)濟(jì)的智能運(yùn)行狀態(tài)。第二章 相關(guān)技術(shù)介紹7第二章 相關(guān)技術(shù)介紹本章對(duì)研究所使用的幾種關(guān)鍵的技術(shù) STEP7、WINCC 以及 AJAX 和 SQL SERVER 進(jìn)行了詳細(xì)地分析，通過(guò)對(duì)這些技術(shù)的分析，可以為設(shè)計(jì)及開發(fā)提供更好的經(jīng)驗(yàn)。2.1 西門子 STEP 7 V5.4 專業(yè)版STEP 7 編程軟件主要用于西門子系列工控產(chǎn)品的開發(fā)中，其中它的類型比較常見(jiàn)的有以下幾種： M7、C7 、SIMATIC S7 以及基于 PC 的 WinAC，這些編程軟件非常實(shí)用，在產(chǎn)品的開發(fā)中起到很好的監(jiān)控的作用，對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)性能起到一定的優(yōu)化作用，除此之外，

30、這種編程軟件最主的功能概括如下：對(duì)產(chǎn)品的硬件進(jìn)行配置以及對(duì)硬件的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)然還可以進(jìn)行編程和測(cè)試以及維護(hù)等。STEP 7 為開發(fā)人員提供了詳細(xì)的文檔說(shuō)明，因此，開發(fā)人員在遇到問(wèn)題時(shí)可以很好地利用文檔解決一些技術(shù)上的問(wèn)題。但 STEP 7 和其它的編程軟件有一些不同之處，其主要表現(xiàn)為它是通過(guò)項(xiàng)目來(lái)對(duì)產(chǎn)品的硬件和軟件進(jìn)行管理，而且這種管理一般來(lái)說(shuō)是自動(dòng)化的，因此技術(shù)人員可以十分方便地對(duì)產(chǎn)品中用到的數(shù)據(jù)如 SIMATIC S7、M7 等進(jìn)行瀏覽。STEP 7 也為技術(shù)人員預(yù)留了一些硬件的接口，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單地配置就可以進(jìn)行編程和開發(fā)工作，因此它是一種十分好用的工具，在本次開發(fā)它也起到非常重

31、要的作用。2.2 WINCC 從市場(chǎng)用戶需求的反映來(lái)看,用戶對(duì) SIMATIC WinCC 的使用印象比較深刻。它主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是高水平的創(chuàng)新,它在早期的時(shí)候,用戶就已經(jīng)知道它即將成為未來(lái)的發(fā)展潮流;二是它是基于標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品策略，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里,其可以確保用戶的投資利益。WinCC 的這種策略思想明確，運(yùn)行在微軟視窗 2000 和視窗 XP 控制下的中心后,已發(fā)展成為歐洲市場(chǎng)強(qiáng)有力的領(lǐng)導(dǎo)者,而行業(yè)大都遵循它所制定的標(biāo)準(zhǔn)。如電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文8果想讓設(shè)備和機(jī)械優(yōu)化運(yùn)行,那么 WinCC 無(wú)疑是節(jié)約成本并且提高生產(chǎn)效率非常好的選擇之一。下面對(duì)它的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單地介紹：1.功能齊全

32、,WinCC 是適用于全面工業(yè)領(lǐng)域解決方案的通用應(yīng)用程序；再加上多語(yǔ)言支持和它的普遍性，它也可以納入所有自動(dòng)化解決方案里；內(nèi)置的所有運(yùn)營(yíng)和管理功能也可以進(jìn)行簡(jiǎn)單、有效的配置。當(dāng)然，它還支持基于網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)擴(kuò)大或者開發(fā)。WINCC 采用的是開放的標(biāo)準(zhǔn),集成過(guò)程十分簡(jiǎn)單;它和其它系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)整合平臺(tái)，使可用的選項(xiàng)和額外的碎片擴(kuò)大；一個(gè)完整的自動(dòng)化組成。實(shí)例表明：WinCC 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化互相整合于一體，并且已經(jīng)在大量的項(xiàng)目應(yīng)用和工業(yè)領(lǐng)域的全面應(yīng)用都已證明。包括：汽車工業(yè)、化工、醫(yī)藥、印刷行業(yè)、能源供應(yīng)和銷售、貿(mào)易和服務(wù)行業(yè)、塑料、橡膠工業(yè)、機(jī)械和成套設(shè)備工程、金屬加工行業(yè)、食品、飲料和煙草

33、工業(yè)、紙及紙制品加工、鋼鐵工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、水處理和污水的凈化。2. 豐富的選項(xiàng)SIMATIC WinCC 是電腦及過(guò)程控制系統(tǒng)和其他西門子人機(jī)界面控制系統(tǒng)的部件。對(duì)垂直市場(chǎng) WinCC 提供解決方案有豐富的選項(xiàng)和額外的小碎片(插件)。通過(guò)使用“FDA 選項(xiàng)”,在施工和設(shè)置采取適當(dāng)?shù)拇胧┮呀?jīng)使用 SIMATIC WinCC 符合制藥和食品工業(yè) 21 CFR 第 11 部分要求的 FDA(食品及藥物管理局(FDA)=美國(guó)食品和藥物管理局)。許多選擇,將會(huì)使工廠認(rèn)證更容易，這為這些行業(yè)認(rèn)證的各種需求提供全面響應(yīng)非常有說(shuō)服力。例如，開發(fā)了一些申請(qǐng)垂直市場(chǎng)如供水行業(yè) WinCC 額外的東西:Sinau

34、t ST7cc 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用，應(yīng)用文件和 PM-Aqua 檔案系統(tǒng)的應(yīng)用情況，Siwa-Plan 優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本、應(yīng)用FunkServer-Pro 報(bào)警管理系統(tǒng)等。3.多語(yǔ)言支持,具有一定的普遍性例如在歐洲：WinCC 配置界面的設(shè)計(jì)完全是國(guó)際部署：你只要點(diǎn)擊按鈕可以在德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、西班牙和意大利之間進(jìn)行切換。亞洲版:亞洲版還支持中文,韓語(yǔ)和日語(yǔ)。自然,你可以在工程設(shè)計(jì)中多種運(yùn)行客觀的語(yǔ)言，也就是說(shuō)，在同一時(shí)間你可以使用幾種歐洲和亞洲語(yǔ)言。當(dāng)然，你可以在各個(gè)終端市場(chǎng)區(qū)域使用相同的和可視化的解決方案。如果想翻譯文本，只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 ASCII文本編輯器。 WinCC 的靈活性也很強(qiáng)

35、，從而保證為客戶提供最佳的配置效率：用一個(gè)現(xiàn)成的對(duì)象庫(kù)，可重用的面板、智能工具，語(yǔ)言的文本自動(dòng)翻譯項(xiàng)目。根據(jù)價(jià)格和性能的不一樣，能夠?yàn)榭蛻籼峁└鞣N版本 WinCC，每一版本相互依存的,經(jīng)第二章 相關(guān)技術(shù)介紹9過(guò)精心設(shè)計(jì)能滿足所有種類的操作面板。更大的包通常也包含配置軟件包為小型方案?，F(xiàn)有的項(xiàng)目也可以很容易地復(fù)制，通過(guò)功能塊技術(shù)可以把成本降至最低，可以重用對(duì)象結(jié)構(gòu)形式集中存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。WinCC 包含龐大的可升級(jí)動(dòng)態(tài)變化對(duì)象用于創(chuàng)建面板。任何改變面板只有在一個(gè)集中的位置執(zhí)行。然后使用面板在什么地方,這些變化將工作。這樣不僅節(jié)省時(shí)間,而且可以保證數(shù)據(jù)的一致性。2.3 AJAX 技術(shù)1.Ajax

36、的四個(gè)基本原則基于網(wǎng)頁(yè)的傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中，瀏覽器所起的作用 是啞終端。這就使得用戶在操作過(guò)程中 處于哪一個(gè)階段是不明確的?；镜挠脩粜畔?chǔ)存在服務(wù)器上，或者說(shuō)是在用戶會(huì)話中。當(dāng)用戶登錄或者和服務(wù)器以其它方式建立連接后，該系統(tǒng)將創(chuàng)建多個(gè) 的服務(wù)器對(duì)象，最終將呈現(xiàn)給用戶瀏覽網(wǎng)站主頁(yè)，HTML 標(biāo)簽的數(shù)據(jù)流的組成包括 :模板文件和用戶數(shù)據(jù)。每次用戶和服務(wù)器之間的交互將得到另一個(gè)文件。在文檔中得到相應(yīng)的用戶數(shù)不同 ，除此之外模板文件和數(shù)據(jù)都一致。瀏覽器會(huì)展示新文件 ，并自動(dòng)去除舊的文件 ，因?yàn)樗菃〗K端，不知道要做什么。(1)瀏覽器不是內(nèi)容而是應(yīng)用Ajax 應(yīng)用程序邏輯與部分服務(wù)器搬到瀏覽器。當(dāng)一

37、個(gè)用戶登錄服務(wù)器就會(huì)被送到瀏覽器一個(gè)復(fù)雜的含有多種 JavaScript 代碼文件。文件已經(jīng)伴隨著用戶會(huì)話和生命周期的全過(guò)程。過(guò)程中 ，隨著與用戶交互會(huì)發(fā)生很大的變化。它能明確如何響應(yīng)用戶的輸入 ，確定你是否處理請(qǐng)求 ，從而決定是否轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)或其他資源。決定是否通過(guò)組合的方式處理。因?yàn)檫@篇文檔整個(gè)用戶會(huì)話都存在 ，所以它能保持狀態(tài)。(2)服務(wù)器不交付內(nèi)容而是交付數(shù)據(jù)Ajax 可以發(fā)起了一個(gè)異步服務(wù)器請(qǐng)求 ，服務(wù)器端通過(guò) JavaScript 代碼通過(guò)一個(gè)純文本或一個(gè) XML 文件實(shí)現(xiàn)的回報(bào)數(shù)據(jù) ，不會(huì)像傳統(tǒng)的網(wǎng)站應(yīng)用程序的模板文件，內(nèi)容和數(shù)據(jù)發(fā)送給瀏覽器混合。在的

38、Ajax 應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)通訊流量主要集中在前期的加載 ，然而，用戶登錄一次一個(gè)大而復(fù)雜的 請(qǐng)求就會(huì)被送到客戶端瀏覽器。但是在那之后 ，這個(gè)服務(wù)器和溝通更為有效?？偟膩?lái)說(shuō)，寬帶消費(fèi)的 Ajax 應(yīng)用程序比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序較低。(3)用戶交互更加連續(xù)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序當(dāng)一個(gè)頁(yè)面提交 請(qǐng)求已經(jīng)沒(méi)有顯示，用戶本質(zhì)上是電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文10一個(gè)沒(méi)人管的狀態(tài)。瀏覽器甚至可以允許用戶點(diǎn)擊一些連接點(diǎn)擊 ，都可能導(dǎo)致一些不可預(yù)知的結(jié)果甚至 包括破壞服務(wù)器會(huì)話狀態(tài) ，不然用戶只能等待。為了實(shí)現(xiàn)這些，使用 Ajax 應(yīng)用程序可以避免這些不愉快的經(jīng)歷。此外，AJAX 也會(huì)對(duì)用戶操作事件抓取十分豐富。類似

39、于拖拽等復(fù)雜動(dòng)作的監(jiān)聽(tīng)已經(jīng)不再是神話。這使得網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序 UI 經(jīng)驗(yàn)可以提升到幾乎和桌面應(yīng)用程序組件的 UI 相當(dāng)程度。因?yàn)?Ajax 可以實(shí)現(xiàn)頁(yè)面的局部刷新，能夠給用戶更好的體驗(yàn)，增強(qiáng)交互效果，所以在項(xiàng)目中使用到了 Ajax 技術(shù)。2.4 sql server2000SQL 是一個(gè)眾所周知的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它在最開始的時(shí)候主要由微軟、Ashton-Tate 、Sybase 這三家公司共同研發(fā),在 1988 年推出他的第一個(gè)的版本。隨后，當(dāng) Windows NT 發(fā)布以后,微軟對(duì) SQL 進(jìn)行了進(jìn)一步的發(fā)展。Sybase SQL 服務(wù)器微軟 SQL 服務(wù)器將被移植到 Windows NT

40、系統(tǒng),重點(diǎn)發(fā)展促進(jìn) SQL Server Windows NT 版本,Sybase 更重視 SQL 服務(wù)器應(yīng)用的 UNIX 操作系統(tǒng)。在這本書里介紹的 Microsoft SQL Server 后來(lái)被稱為 SQL 服務(wù)器。SQL Server 是 2000 年由微軟 SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)發(fā)布的一個(gè)版本。這個(gè)版本繼承了 SQL 服務(wù)器 7.0，但又有超它的地方,同時(shí)又增加了許多更先進(jìn)的功能,具有使用方便、良好的可擴(kuò)展性和相關(guān)軟件集成度高等優(yōu)點(diǎn),在運(yùn)行微軟視窗98 臺(tái)筆記本運(yùn)行微軟視窗服務(wù)器 2000 或者大型多處理機(jī)等多種平臺(tái)使用。在系統(tǒng)需求確認(rèn)過(guò)程中，我們使用用例圖掌握用戶的需求，闡述了系統(tǒng)

41、用例圖提供了一個(gè)功能單位。用例圖的主要目的是幫助開發(fā)團(tuán)隊(duì)去一個(gè)可視化的理解系統(tǒng)的功能需求，包括評(píng)估工作的基本程序基于“actor”(角色，也是系統(tǒng)交互與其他實(shí)體)的關(guān)系，與系統(tǒng)之間的關(guān)系的病例。用例圖顯示一般情況下組織整個(gè)系統(tǒng)的所有病例中，或已經(jīng)完成了功能(例如，所有的安全管理相關(guān)案例)一組用例。用例圖顯示的情況下，畫一個(gè)橢圓表示，再將被命名的個(gè)案在橢圓中心的或橢圓形以下中間。利用系統(tǒng)用例圖一個(gè)角色(表示一個(gè)系統(tǒng)的用戶)，可以畫出一個(gè)人的符號(hào)。角色之間的關(guān)系和案例，使用簡(jiǎn)單，用線來(lái)描述。不同的實(shí)體如何彼此相關(guān)，顯示了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，類圖用來(lái)表示邏輯類的事通常指業(yè)務(wù)人員。一種數(shù)據(jù)也可以用于實(shí)施說(shuō)

42、，程序員處理實(shí)體的實(shí)施。實(shí)施圖可能和邏輯類圖展示了一些相同的類。然而，實(shí)施數(shù)字將不會(huì)使用相同的屬性來(lái)描述，因?yàn)樗赡苡兄T如矢量和 HashMap 這一類的事情上的參考。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序從網(wǎng)站或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展，擴(kuò)大網(wǎng)站，用戶可以撥打業(yè)務(wù)邏第二章 相關(guān)技術(shù)介紹11輯，改變業(yè)務(wù)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用包括至少三個(gè)重要組成部分:客戶端瀏覽器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器，也可以包含數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)模型描述了軟件系統(tǒng)的組織機(jī)制的基本結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)客戶端模式的重要組成部分主要位于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，在業(yè)務(wù)邏輯網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上執(zhí)行，這樣客戶的計(jì)算能力極其有限。因此，設(shè)計(jì)網(wǎng)站應(yīng)用程序的性能平衡時(shí)必須考慮的方面。因?yàn)榫W(wǎng)

43、絡(luò)應(yīng)用程序通過(guò)廣域網(wǎng)交換數(shù)據(jù)的，這樣可以減少和平衡網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序能很好的運(yùn)氣做重要的因素。許多機(jī)構(gòu)正在考慮將 UML 作為框架設(shè)計(jì)的通用語(yǔ)言，在各種不同類型的開發(fā)過(guò)程中使用 UML 圖表。統(tǒng)一建模語(yǔ)言不依賴具體發(fā)展過(guò)程中，定義標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過(guò)程以及不統(tǒng)一建模語(yǔ)言發(fā)展計(jì)劃。但有一個(gè)嚴(yán)格的定義、管理方便的工作過(guò)程的區(qū)別是重點(diǎn)項(xiàng)目的水平。UML 可以支持大多數(shù)的開發(fā)過(guò)程的方法、過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題還沒(méi)有引起足夠的重視，但選擇一個(gè)開發(fā)過(guò)程框架，在這個(gè)框架基于工作過(guò)程的規(guī)劃已被普遍認(rèn)同。雖然沒(méi)有強(qiáng)制使用統(tǒng)一建模語(yǔ)言的具體發(fā)展過(guò)程，但更主張從案例驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為中心，以改進(jìn)，最后的不斷添加軟件開發(fā)過(guò)程

44、。電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文12第三章 系統(tǒng)需求分析3.1 需求背景某鐵礦是一個(gè)富含水的大型鐵礦山，水文情況非常復(fù)雜，曾經(jīng)被采礦業(yè)內(nèi)人士比喻為鐵礦山中的“大水倉(cāng)”，該鐵礦的采礦工程井口位于+600m 水平，井下+200m 階段以上，礦井 24h 正常涌水量為 15440.6m3，礦井 24 小時(shí)最大涌水量為 19600m3，各階段井下中央泵房水泵選用礦用 MD 型水泵，額定流量Qe=510m3/h，額定揚(yáng)程 He=170m，=80%，共 4 臺(tái)，配用 10kV 高壓電機(jī)，額定功率 400kW。在正常涌水量情況下 2 臺(tái)工作，2 臺(tái)備用，最大涌水量情況下4 臺(tái)工作。該礦業(yè)有限公司在該項(xiàng)目的建

45、設(shè)中首次提出了采用無(wú)人值守排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的要求， 要求排水系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)水倉(cāng)水位等各種參數(shù)，采用 PLC控制中央泵房的主排水泵的輪換工作運(yùn)行以及自動(dòng)啟動(dòng)備用泵，調(diào)配各臺(tái)水泵的合理運(yùn)行。并通過(guò)觸摸屏以文字?jǐn)?shù)據(jù)和圖像的方式，直觀準(zhǔn)確和及時(shí)的反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉(cāng)水位、電機(jī)溫度、排水管路流量等參數(shù)，以及通過(guò)通訊模塊與主控室監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。使該系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠性和自動(dòng)化程度高，操作方便等特點(diǎn)，并可通過(guò)合理設(shè)定水泵的運(yùn)行時(shí)間，運(yùn)行臺(tái)數(shù)來(lái)節(jié)省水泵的運(yùn)行費(fèi)用。3.2 需求分析的目標(biāo)3.2.1 系統(tǒng)功能性需求3.2.1.1 單臺(tái)水泵管理系統(tǒng)礦山水泵房通常，由多臺(tái)水泵組成。各臺(tái)水泵往往因?yàn)槭褂媚晗?、?/p>

46、用條件和自身的技術(shù)特點(diǎn)，需要各自分別進(jìn)行檢測(cè)分析和管理。單臺(tái)水泵管理系統(tǒng)即針對(duì)該需求建立。 單臺(tái)水泵管理系統(tǒng)對(duì)各臺(tái)設(shè)備單獨(dú)匯總設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行信息進(jìn)行管理和分析。主要包括：液位信息(液位、流量)，溫度信息(水泵溫度、電機(jī)溫度)等。第三章 系統(tǒng)需求分析13液位信息管理用例圖見(jiàn) 2-1 所示。圖 2-1 液位信息管理用例圖水泵溫度信息管理用例圖見(jiàn)圖 2-2 所示。 圖 2-2 溫度信息管理用例圖3.2.1.2 水泵房中央控制系統(tǒng)水泵房中央控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵房運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)、水泵房運(yùn)行狀態(tài)分析和水泵房運(yùn)行自動(dòng)控制功能。水泵房運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，依據(jù)設(shè)定的水泵房數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化水泵房自動(dòng)化控制。系

47、統(tǒng)實(shí)時(shí)分析檢測(cè)獲得的水泵房水流、水量數(shù)據(jù)，決定是否進(jìn)行水泵的開機(jī)、停機(jī)操作。系統(tǒng)一旦獲知水倉(cāng)水量或水倉(cāng)進(jìn)水量達(dá)到或超過(guò)設(shè)定值，即會(huì)自動(dòng)按照開機(jī)控制原則，開動(dòng)相應(yīng)水泵開始排水作業(yè)，實(shí)現(xiàn)水泵房無(wú)人值守的功能。水泵房中央控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、開停機(jī)子系統(tǒng)以及開機(jī)控制原則設(shè)定。數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)在排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集完成后，對(duì)所有采集的數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文14的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比分析，判斷系統(tǒng)的運(yùn)行情況，處理異常的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)用例圖見(jiàn)圖 2-3：圖 2-3 數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)用例圖開停機(jī)子系統(tǒng)開停機(jī)系統(tǒng)主要用于管理水泵開機(jī)、停機(jī)，并監(jiān)控開機(jī)、停機(jī)狀態(tài)。同時(shí)支持人工啟動(dòng)

48、和停止水泵。系統(tǒng)開停機(jī)主要由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。人工開機(jī)、停機(jī)則由人工判斷系統(tǒng)是否需要開機(jī)或者停機(jī)。系統(tǒng)自動(dòng)開機(jī)計(jì)算系統(tǒng)自動(dòng)開機(jī)計(jì)算通過(guò)水泵房水量、流量和水泵房當(dāng)前排水量計(jì)算獲知。開機(jī)條件 SP=0 時(shí)，發(fā)出開機(jī)命令，開機(jī)條件 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電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文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說(shuō)明：系統(tǒng)計(jì)算好水泵運(yùn)行時(shí)間后，根據(jù)時(shí)間長(zhǎng)短，運(yùn)行時(shí)間最少的優(yōu)先啟第六章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)45動(dòng)，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的最先停止，以達(dá)到水泵均勻磨損。FB5：將編好號(hào)的水泵根據(jù)時(shí)間長(zhǎng)短排隊(duì)，入隊(duì)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電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文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 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)47_035: NOP 0 A L 36.0 A 1#柜軟起 FP #Pump1_Run_P JNB _036 CALL ATT DATA :=1_038: NOP 0 A L 36.0 A 4#柜軟起 FP #Pump4_Run_P JNB _039 CALL ATT DATA :=4 TABLE:=Tab.Run_head_039: NOP 0 A L 36.0 A 5#柜軟起 FP #Pump5_Run_P JNB _03a CALL

53、 ATT DATA :=5 TABLE:=Tab.Run_head_03a: NOP 0說(shuō)明：水泵運(yùn)行后，將該泵從原始時(shí)間排隊(duì)隊(duì)列表中踢出并加入到運(yùn)行隊(duì)列表中。 CALL Table Manage SRC :=Tab.Sort_valid電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文48 PATRN :=Para.Remove_No3 DB_NO :=30 Table_pointer:=#St_Point Table_1 :=Tab.Sort_head ATT_EN :=FALSE NOP 0說(shuō)明：系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行表隊(duì)列，實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的水泵最先停止，水泵停止后，將該編號(hào)水泵從運(yùn)行表中踢出，依此類推可實(shí)現(xiàn)水泵自

54、動(dòng)加減泵。 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 軟件設(shè)計(jì)的基本成果本課題小組通過(guò) STEP7 V5.3SP3、WINCC V6.2SP3(編程及畫面軟件)設(shè)計(jì)了部分礦山井下自動(dòng)化排水系統(tǒng)的主要監(jiān)控畫面。1）主監(jiān)控畫面見(jiàn)下圖 6-1：第六章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)49圖 6-1 系統(tǒng)主監(jiān)控畫面畫面簡(jiǎn)要說(shuō)明：此畫面中將動(dòng)態(tài)顯示 1#、2#主排

55、水管的壓力及瞬時(shí)流量，4個(gè)主排水泵的電機(jī)定子溫度，水泵溫度、出水壓力，真空度等信息，以及 2 個(gè)水倉(cāng)的液位情況。鼠標(biāo)左鍵雙擊相關(guān)參數(shù)會(huì)出現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的在線運(yùn)行趨勢(shì)圖。點(diǎn)擊紅色字體“1#泵”，將會(huì)顯示“1#泵”的三相電流運(yùn)行趨勢(shì)圖。2）每臺(tái)水泵的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，均有一詳細(xì)的畫面顯示。現(xiàn)以 1 號(hào)泵的顯示畫面為例，見(jiàn)圖 6-2：電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文50圖 6-2 1#主排水泵監(jiān)控畫面畫面簡(jiǎn)要說(shuō)明：畫面顯示電動(dòng)閥門狀態(tài)指示：顯示電動(dòng)閥門開到位/關(guān)到位，當(dāng)有開/關(guān)閥門的動(dòng)作時(shí)，指示燈會(huì)閃爍，動(dòng)作停止后，變?yōu)榫G色指示燈常亮顯示；水泵操作：按下啟動(dòng)/停止按鈕，將彈出確認(rèn)對(duì)話框，按下確認(rèn)后便會(huì)啟動(dòng)/

56、停止 1#水泵運(yùn)行。按下“取消”則不會(huì)啟動(dòng) 1#水泵。設(shè)置水泵工作方式：“自動(dòng)運(yùn)行”/“手動(dòng)運(yùn)行”/“就地”方式。點(diǎn)擊主畫面返回按鈕，可回到監(jiān)控系統(tǒng)的主界面。3）系統(tǒng)工作參數(shù)設(shè)置的界面點(diǎn)擊參數(shù)設(shè)置中的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置項(xiàng)，則進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面。見(jiàn)圖 6-3：第六章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)51圖 6-3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定畫面畫面簡(jiǎn)要說(shuō)明：進(jìn)入界面前系統(tǒng)需要對(duì)操作人的身份進(jìn)行確認(rèn)，只有具備一定權(quán)限的操作員方可進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。如果系統(tǒng)登錄失敗，或點(diǎn)擊“取消系統(tǒng)登錄”，無(wú)論點(diǎn)擊系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定中的任何功能，均會(huì)顯示“未知用戶”。如果系統(tǒng)登錄正確即可進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定界面， 設(shè)置每一臺(tái)水泵投入/切除系統(tǒng)工作，設(shè)置水泵運(yùn)行模式的

57、，設(shè)置液位檢測(cè)方式:液位/浮球。5）用戶管理功能 用戶管理主畫面見(jiàn)圖 6-4：電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文52圖 6-4 用戶管理主畫面用戶管理主畫面簡(jiǎn)介：畫面可設(shè)置“操作員權(quán)限設(shè)置”，進(jìn)行添加用戶及給相關(guān)用戶授權(quán)的操作。進(jìn)入該項(xiàng)之前也要進(jìn)行系統(tǒng)登錄，以確定操作員的權(quán)限。只有具備一定權(quán)限的用戶才能進(jìn)行權(quán)限的設(shè)置。進(jìn)入權(quán)限設(shè)置界面后可以添加用戶，也可以根據(jù)提示授與用戶相應(yīng)的權(quán)限。要添加用戶時(shí)，輸入要添加的用戶名、用戶密碼、確認(rèn)密碼。當(dāng)兩次用戶輸入的密碼相同時(shí)， “確認(rèn)”后即可將該用戶添加到用戶組中，并提示“添加用戶成功”。若兩次輸入的密碼不相同，系統(tǒng)將彈出一個(gè)對(duì)話框，提示添加用戶不成功，該用戶

58、名也就不會(huì)被添加到用戶組中。6）歷史數(shù)據(jù)查詢點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)查詢”之“歷史數(shù)據(jù)查詢”即可進(jìn)入歷史數(shù)據(jù)查詢界面。見(jiàn)圖 6-5：第六章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)53 圖 6-5 歷史數(shù)據(jù)查詢畫面7）綜合報(bào)警查詢?cè)谌魏谓缑嫦?，如果發(fā)生報(bào)警都會(huì)出紅色報(bào)警框閃爍顯示，同時(shí)調(diào)出該項(xiàng)報(bào)警對(duì)應(yīng)的、預(yù)先錄制好的 WAV 音頻文件，提示出現(xiàn)報(bào)警的種類。在任何界面下點(diǎn)擊報(bào)警框即可進(jìn)入綜合報(bào)警查詢界面。也可以點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)查詢”中的“報(bào)警數(shù)據(jù)查詢”項(xiàng)，進(jìn)行報(bào)警查詢界面，見(jiàn)圖 6-6：電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論文54圖 6-6 報(bào)警查詢畫面6.5 系統(tǒng)測(cè)試本系統(tǒng)中，功能性測(cè)試主要基于用戶的功能需求進(jìn)行黑盒測(cè)試。礦山井下排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)每

59、個(gè)模塊的測(cè)試都需要先寫好測(cè)試計(jì)劃，然后再由專業(yè)的測(cè)試人員進(jìn)行測(cè)試。6.5.1 功能測(cè)試功能測(cè)試。主要達(dá)到的目標(biāo)有如下幾點(diǎn)：1) 上傳各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確性、適時(shí)同步性；2) 流程自動(dòng)控制程序的正確性，程序響應(yīng)的及時(shí)性；3) 報(bào)警系統(tǒng)的的正確性，系統(tǒng)響應(yīng)的及時(shí)性。以下列舉幾個(gè)功能測(cè)試方法。（1）用戶登陸用戶登陸是系統(tǒng)最常見(jiàn)的功能之一，不同的用戶具有不同的權(quán)限，管理員用戶具有管理其它用戶的權(quán)限，這里對(duì)普通用戶的登陸進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試用例見(jiàn)表 6-第六章 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)552。表 6-2 登陸測(cè)試用例表序號(hào)001測(cè)試目的測(cè)試登陸是否成功測(cè)試級(jí)別驗(yàn)收測(cè)試測(cè)試類型功能測(cè)試輸入1、在輸入框中輸入用戶名和密碼2、單擊登陸

60、按鈕測(cè)試方法與步驟輸出系統(tǒng)進(jìn)入普通用戶的主界面測(cè)試結(jié)果正常功能完成是 （2）設(shè)定水泵運(yùn)行模式水泵具有兩種不同的運(yùn)行模式，在需要時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行設(shè)定，兩種模式分別為現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)運(yùn)行和遠(yuǎn)端手動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)默認(rèn)是現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)運(yùn)行，這里將其設(shè)定為遠(yuǎn)端手動(dòng)運(yùn)行，測(cè)試用例見(jiàn)表 6-3。表 6-3 水泵模式設(shè)定用例表序號(hào)002測(cè)試目的測(cè)試水泵模式設(shè)定是否成功測(cè)試級(jí)別驗(yàn)收測(cè)試測(cè)試類型功能測(cè)試輸入1、進(jìn)入水泵模式設(shè)定選項(xiàng)2、選擇遠(yuǎn)端手動(dòng)運(yùn)行并確定測(cè)試方法與步驟輸出水泵的模式更改為遠(yuǎn)端手動(dòng)運(yùn)行測(cè)試結(jié)果正常功能完成是 （3）數(shù)據(jù)查詢?cè)谙到y(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可以對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，從而掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，電子科技大學(xué)博士/碩士學(xué)位論