摘要：為解決某地下工程通風系統(tǒng)信息化條件不高，缺乏相應預測功能，通風設備的風量參數(shù)不能實現(xiàn)在線監(jiān)測等薄弱環(huán)節(jié)。通過了基于三維可視化場景設計開發(fā)了一套地下工程空調通風控制在線監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱通風監(jiān)測系統(tǒng))來解決上述問題。系統(tǒng)采用了IDL和C#混合編程技術，將傳感器實時采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，然后通過調用灰色度算法生成性能曲線和預測結果。論述了三維場景生成與顯示、數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化等關鍵技術。結果表明了通風監(jiān)測系統(tǒng)的可行性和實用性。極大地提高了地下工程管理效率和監(jiān)測水平。
關鍵詞：在線監(jiān)測；空調系統(tǒng)改造；信息系統(tǒng)；三維可視化

    目前，我國已有的地下工程通風控制監(jiān)控系統(tǒng)主要是監(jiān)測功能，實時反映通風、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、傳感器及測試技術、計算機硬件軟件技術、通訊技術、人工智能技術等先進技術的發(fā)展和應用，必然促進地下工程通風控制系統(tǒng)的智能化的發(fā)展和廣泛應用。本系統(tǒng)能夠與整個地下工程指揮自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)進行通訊，能夠實時將監(jiān)測結果傳輸?shù)街骺厥一蚩偣な遥⒔邮軋?zhí)行從主控室或總工室傳來的指令。

1 系統(tǒng)功能
    通風監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能如圖1所示。

    本系統(tǒng)采用人機交互的界面設計，主要核心模塊分為數(shù)據(jù)采集與通信模塊，系統(tǒng)預測模塊和場景可視化處理模塊。各模塊功能如下。
1．1 數(shù)據(jù)采集與通信模塊
    系統(tǒng)登錄運行后，操作人員對串口通信參數(shù)進行相關設置，打開串口進行數(shù)據(jù)的接收，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)通過通風機上的傳感器實時監(jiān)測對風機振動信號、溫度信號、風機轉速、風機風量、風機靜壓、風機全壓、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)實時存入數(shù)據(jù)庫。由于現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)量大，各個數(shù)據(jù)的內在關系復雜，系統(tǒng)要求能對數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)調度管理。
    該模塊的主要功能是：能夠對電機電壓和電流進行實時采集、顯示和存儲，自動接收反映通風機性能的數(shù)據(jù)，為管理模塊的數(shù)據(jù)處理做準備。
1．2 系統(tǒng)預測模塊
    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)庫當中，允許管理員對相關信息進行修改、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)進入信息數(shù)據(jù)處理與預測階段。其目的在于利用相關數(shù)據(jù)進行計算，自動繪制出相關性能曲線如：H-Q、N-Q、η-Q曲線，同時對工程未來一段時間內的進、排風進行預測，實現(xiàn)風機的自動調節(jié)功能。數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

    本模塊采用灰色系統(tǒng)理論建立相關模型，對歷史數(shù)據(jù)進行分析得到各數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)度，進而系統(tǒng)能夠在不同的條件下為決策者提供排、供風方案，供操作人員進行決策。
1．3 場景可視化處理模塊
    IDL交互式數(shù)據(jù)語言是進行數(shù)據(jù)分析、可視化表達和應用開發(fā)的第四代可視化語言。Visual C#作為一種現(xiàn)代的面向對象的程序設計語言，綜合了Visual Basic的高生產(chǎn)率和C++的行動力。因此，通過IDL與C#的混合編程，借用IDL高效、快速的可視化與分析功能，可以快速進行應用程序開發(fā)及編寫跨平臺軟件。本系統(tǒng)實現(xiàn)的是三維場景再現(xiàn)功能，因此采用IDL的對象圖形法。在IDL的虛擬圖形構架體系中提供了一套對象顯示結構對象和很多對象圖形原子，靈活的運用這些圖形原子就可以在視圖中制作三維圖形、圖像和動畫。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
2．1 系統(tǒng)總體設計
    礦井主通風機在線監(jiān)測系統(tǒng)以VS2008為平臺，以C#和IDL為編程工具進行編程，選用SQL server2000平臺作為數(shù)據(jù)庫。采用ERwin建立數(shù)據(jù)庫的概念模型和物理模型，如圖3所示。通過使用ERwin建模工具自動生成、更改和分析IDEF1X模型，不僅能得到優(yōu)秀的業(yè)務功能和數(shù)據(jù)需求模型，而且可以實現(xiàn)從IDEF1X模型到數(shù)據(jù)物理設計的轉變。

2．2 數(shù)據(jù)庫設計
    數(shù)據(jù)庫為本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，是系統(tǒng)不可缺少的關鍵部分。數(shù)據(jù)庫主要存儲傳感器采集的實時數(shù)據(jù)，通過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、監(jiān)測點斷面積、出口斷面積、額定轉速測定次數(shù)、礦井號、測定時間、風機轉速、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)關鍵技術實現(xiàn)
3. 1 數(shù)據(jù)庫關鍵技術研究
    系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的所有交互操作均為封裝在My_ProjectDataProvider類中，由于本系統(tǒng)中風機數(shù)據(jù)信息表與風機基本參數(shù)表是獨立的，而且Rawd_table元組保存在結果關系中，同時Test_Data(測出數(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現(xiàn)數(shù)據(jù)連接查詢。相關SOL語句如下：
   
   
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控件實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測及三維可視化功能，利用C#實現(xiàn)系統(tǒng)框架，由它控制IDL程序模塊運行，包括向IDL程序模塊發(fā)送調用圖像數(shù)據(jù)處理模型命令和將IDL程序模塊處理結果顯示到IDLDraw Widget控件中命令。在使用VS2008開發(fā)前臺應用程序后，選中COM組件，拖動IDLDraw Widget Control 3．0控件到窗體上，然后初始化IDL控件如下：
   

4 結束語
    本系統(tǒng)使用C#和IDL語言作為開發(fā)工具，同時提出了使用灰色系統(tǒng)理論在礦井主通風機在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應用。并通過實際的系統(tǒng)驗證了方案的可行性，提高了礦井主通風機可控制化、控制智能化水平。通過與歷史檔案的建立，可以運用數(shù)學方法進行預測。進一步提高設備工作效率。