基于IDL的某地下工程通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為解決某地下工程通風(fēng)系統(tǒng)信息化條件不高，缺乏相應(yīng)預(yù)測(cè)功能，通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)量參數(shù)不能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)等薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)了基于三維可視化場(chǎng)景設(shè)計(jì)開發(fā)了一套地下工程空調(diào)通風(fēng)控制在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng))來(lái)解決上述問題。系統(tǒng)采用了IDL和C#混合編程技術(shù)，將傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過(guò)調(diào)用灰色度算法生成性能曲線和預(yù)測(cè)結(jié)果。論述了三維場(chǎng)景生成與顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)果表明了通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性。極大地提高了地下工程管理效率和監(jiān)測(cè)水平。
關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測(cè)；空調(diào)系統(tǒng)改造；信息系統(tǒng)；三維可視化

    目前，我國(guó)已有的地下工程通風(fēng)控制監(jiān)控系統(tǒng)主要是監(jiān)測(cè)功能，實(shí)時(shí)反映通風(fēng)、供暖等參數(shù)的數(shù)據(jù)，而未充分發(fā)揮其控制功能。隨著信息化水平的提高，以及三維成像技術(shù)、傳感器及測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件軟件技術(shù)、通訊技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，必然促進(jìn)地下工程通風(fēng)控制系統(tǒng)的智能化的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)能夠與整個(gè)地下工程指揮自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通訊，能夠?qū)崟r(shí)將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸?shù)街骺厥一蚩偣な?，并接受?zhí)行從主控室或總工室傳來(lái)的指令。

1 系統(tǒng)功能
    通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能如圖1所示。

    本系統(tǒng)采用人機(jī)交互的界面設(shè)計(jì)，主要核心模塊分為數(shù)據(jù)采集與通信模塊，系統(tǒng)預(yù)測(cè)模塊和場(chǎng)景可視化處理模塊。各模塊功能如下。
1．1 數(shù)據(jù)采集與通信模塊
    系統(tǒng)登錄運(yùn)行后，操作人員對(duì)串口通信參數(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，打開串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)通過(guò)通風(fēng)機(jī)上的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)、溫度信號(hào)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)機(jī)靜壓、風(fēng)機(jī)全壓、輸入功率、全壓功率、靜壓效率等參數(shù)，并將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。由于現(xiàn)場(chǎng)采樣數(shù)據(jù)量大，各個(gè)數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)系復(fù)雜，系統(tǒng)要求能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度管理。
    該模塊的主要功能是：能夠?qū)﹄姍C(jī)電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、顯示和存儲(chǔ)，自動(dòng)接收反映通風(fēng)機(jī)性能的數(shù)據(jù)，為管理模塊的數(shù)據(jù)處理做準(zhǔn)備。
1．2 系統(tǒng)預(yù)測(cè)模塊
    在信息數(shù)據(jù)采集完成后，系統(tǒng)將原始數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，允許管理員對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行修改、查詢操作。數(shù)據(jù)流程如圖2所示。在收集足夠的數(shù)據(jù)后系統(tǒng)進(jìn)入信息數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)階段。其目的在于利用相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，自動(dòng)繪制出相關(guān)性能曲線如：H-Q、N-Q、η-Q曲線，同時(shí)對(duì)工程未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的進(jìn)、排風(fēng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

    本模塊采用灰色系統(tǒng)理論建立相關(guān)模型，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到各數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而系統(tǒng)能夠在不同的條件下為決策者提供排、供風(fēng)方案，供操作人員進(jìn)行決策。
1．3 場(chǎng)景可視化處理模塊
    IDL交互式數(shù)據(jù)語(yǔ)言是進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、可視化表達(dá)和應(yīng)用開發(fā)的第四代可視化語(yǔ)言。Visual C#作為一種現(xiàn)代的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，綜合了Visual Basic的高生產(chǎn)率和C++的行動(dòng)力。因此，通過(guò)IDL與C#的混合編程，借用IDL高效、快速的可視化與分析功能，可以快速進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)及編寫跨平臺(tái)軟件。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是三維場(chǎng)景再現(xiàn)功能，因此采用IDL的對(duì)象圖形法。在IDL的虛擬圖形構(gòu)架體系中提供了一套對(duì)象顯示結(jié)構(gòu)對(duì)象和很多對(duì)象圖形原子，靈活的運(yùn)用這些圖形原子就可以在視圖中制作三維圖形、圖像和動(dòng)畫。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2．1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以VS2008為平臺(tái)，以C#和IDL為編程工具進(jìn)行編程，選用SQL server2000平臺(tái)作為數(shù)據(jù)庫(kù)。采用ERwin建立數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型和物理模型，如圖3所示。通過(guò)使用ERwin建模工具自動(dòng)生成、更改和分析IDEF1X模型，不僅能得到優(yōu)秀的業(yè)務(wù)功能和數(shù)據(jù)需求模型，而且可以實(shí)現(xiàn)從IDEF1X模型到數(shù)據(jù)物理設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。

2．2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
    數(shù)據(jù)庫(kù)為本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，是系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵部分。數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)建立歷史檔案為使用者提供底層數(shù)據(jù)。主要包括：礦井號(hào)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面積、出口斷面積、額定轉(zhuǎn)速測(cè)定次數(shù)、礦井號(hào)、測(cè)定時(shí)間、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、相電流、相電壓、功率因數(shù)、靜壓差、溫度、密度、大氣壓力等。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)流條目如表1所示。數(shù)據(jù)字典如表2所示。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)
3. 1 數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵技術(shù)研究
    系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)的所有交互操作均為封裝在My_ProjectDataProvider類中，由于本系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)信息表與風(fēng)機(jī)基本參數(shù)表是獨(dú)立的，而且Rawd_table元組保存在結(jié)果關(guān)系中，同時(shí)Test_Data(測(cè)出數(shù)據(jù)表)的屬性上可能出現(xiàn)Null，因此只有使用外連接的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接查詢。相關(guān)SOL語(yǔ)句如下：
   
   
3．2 C#與IDL混合編程
    由于IDL的用戶界面控件功能較弱，為滿足系統(tǒng)功能多樣化及開發(fā)高效性的需求，本系統(tǒng)采用Microsoft VisualC#和IDLActiveX控件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及三維可視化功能，利用C#實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)框架，由它控制IDL程序模塊運(yùn)行，包括向IDL程序模塊發(fā)送調(diào)用圖像數(shù)據(jù)處理模型命令和將IDL程序模塊處理結(jié)果顯示到IDLDraw Widget控件中命令。在使用VS2008開發(fā)前臺(tái)應(yīng)用程序后，選中COM組件，拖動(dòng)IDLDraw Widget Control 3．0控件到窗體上，然后初始化IDL控件如下：
   

4 結(jié)束語(yǔ)
    本系統(tǒng)使用C#和IDL語(yǔ)言作為開發(fā)工具，同時(shí)提出了使用灰色系統(tǒng)理論在礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。并通過(guò)實(shí)際的系統(tǒng)驗(yàn)證了方案的可行性，提高了礦井主通風(fēng)機(jī)可控制化、控制智能化水平。通過(guò)與歷史檔案的建立，可以運(yùn)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)。進(jìn)一步提高設(shè)備工作效率。