风机监控系统-软件设计毕业设计论文(编辑修改稿)

风机监控系统-软件设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

中国矿业大学 2020 届本科毕业设计 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。 2020 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 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。 问题的提出及研究意义 问题的提出 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”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）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 中国矿业大学 2020 届本科毕业设计 第 2 页 吨，仅为设计能力的 %。 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，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。 [1] 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，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，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 中国矿业大学 2020 届本科毕业设计 第 3 页 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。 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， 2020 年，全国共发生煤矿事故 2384 起，死亡 6078 人。 2020 年，全国共发生煤矿事故 3112 起，死亡 6528 人。 2020 年，全国共发生煤矿事故 4143 起，死亡 6424 人。 2020 年，全国共发生煤矿事故 3853 起，死亡 6027 人。 2020 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。 2020 年度中 国煤炭百万吨死亡率为 ，美国为 ，印度为 ,俄罗斯为 ，南非为 ，中等发达国家大致为 [51。 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 中国矿业大学 2020 届本科毕业设计 第 4 页 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。 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机监控系统中最复杂的站点，它的设计好坏 中国矿业大学 2020 届本科毕业设计 第 5 页 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 MCGS 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 32020 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。 [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财产安全，保证企业节能提效具有重要意义。 矿井。