1、電 子 科 技 大 學UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA工程碩士學位論文ENGINEERING MASTER DISSERTATION 論 文 題 目： 礦山井下排水自動化監控系統 工 程 領 域： 軟件工程 指 導 教 師： 廖 勇 作 者 姓 名： 周 獻 班 學 號： 200892353004 分類號 密級 UDC 學 位 論 文 礦山井下排水自動化監控系統 周 獻 指導教師姓名 廖 勇 博士 電子科技大學 成都 徐訊 高級工程師 中冶長天國際工程有限公司 長沙申請學位級別 碩士 專業名稱 工程碩士 論文提交日

2、期 2012.3 論文答辯日期 2012. 學位授予單位和日期 電子科技大學 答辯委員會主席 評閱人 2012 年 月 日 注 1 注明國際十進分類法 UDC的類號獨 創 性 聲 明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。簽名： 日期： 年 月 日關于論文使用授權的說明本學位論文作者完全了解電子科技大學有關保留、使用學位論文的

3、規定，有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權電子科技大學可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。（保密的學位論文在解密后應遵守此規定）簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日 摘 要I摘 要井下排水是伴隨著采礦工程產生的一項系統工程，目前國內大多礦井的中央水泵房還在采用傳統的水位報警和人工操作結合的排水模式。所以，研究一套安全可靠的井下排水自動化管理系統是非常有意義的。 本篇論文根據目前先進的工業控制以及傳感技術，開發出一套礦山井下排水自動化監控系統。系統設計采用西門子公司 S7-3

4、00 PLC 可編程控制器，操作系統軟件采用 Windows2000 Professional，編程軟件采用西門子公司的 STEP7 V5.3SP3，組態軟件采用西門子公司的 WINCC V6.2SP3，數據庫軟件為微軟公司SQLserver2000WINCC 版本。本次所設計的礦山井下排水自動化監控系統將通過 PLC 輸入點采集、傳感器檢測、監控等措施結合在一起，實現井下排水各項數據的共享和動態管理，達到高度整合，使地面中控操作員全面、準確的了解和處理井下各種突發狀況，使水泵的起停、故障診斷和數據處理上完全自動化，不需要人工干預，中央水泵房實現無人值守。關鍵詞：關鍵詞：礦山，井下排水系統，P

5、LC，無人值守，排水自動化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 我國的排水設施的現狀.21.3 國內外研究動態.21.3.1 國內的研究工作.31.3.2 國外研究動態.41.4 選題的目的和意義.51.5 本課題研究的主要內容.51.6 小結.6第二章第二章 相關技術介紹相關技術介紹.72.1 西門子 STEP 7 V5.4 專業版.72.2 WINCC .72.3 AJAX 技術.92.4 SQL SERVER2000.10第三章第三章 系統需求分析系統需求分析.123.1 需求背景.123.2 需求分析的目標.123.2.1 系統功能性需求.

11、123.2.2 系統非功能需求.163.3 數據庫需求分析.163.4 系統工作原理及配置.173.4.1 系統工作原理及工作方式.173.4.2 井下排水泵的節能控制原則.18目 錄IV3.5 本章小結.18第四章第四章 系統概要設計系統概要設計.194.1 系統總體結構.194.2 子系統設計.204.2.1 數據采集子系統.204.2.2 單臺水泵控制子系統.224.2.3 水泵房中央控制子系統.234.3 本章小結.24第五章第五章 系統詳細設計系統詳細設計.255.1 數據采集子系統設計.255.1.1 模擬量檢測模塊.255.1.2 開關量檢測模塊.285.2 單臺水泵控制子系統設

12、計.295.2.1 液位信息模塊.295.2.2 水泵溫度信息模塊設計.315.3.水泵房中央控制子系統設計.325.3.1 數據分析模塊設計.325.3.2 開停機模塊.335.4 排水泵的基本運行控制原則.345.5 數據庫設計.365.5 本章總結 .39第六章第六章 系統的實現系統的實現.406.1 系統實現的總體思路.406.2 系統功能實現說明.416.4 水泵房中央控制系統模塊的關鍵代碼.426.5 軟件設計的基本成果.486.5 系統測試.546.5.1 功能測試.546.5.2 界面測試.586.5.3 文檔測試.596.5.4 性能測試.59目 錄V6.5.5 測試結果的預

13、期.596.6 本章小結.59第七章第七章 結論和展望結論和展望.607.1 本論文研究總結 .607.2 前景展望 .61致致 謝謝.62參考文獻參考文獻.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說是因礦井巷道以及采空區滲漏的水造成的，它們的水源主要來自地表水、大氣降水、含水層水和采空區水。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、水庫等，是重要的影響因素和隱患，可以直接或間接地通過巖石的孔隙、裂隙、巖溶而流入礦井對生產安全構成威脅。大氣降水：它是礦井水的根

14、源，除了小一部分被蒸發和流失，另一部分通過孔隙和裂隙巖體滲入地下，或者直接進入地下。如果不是同一地區、同一季節、同一開采深度的話，影響是不同的。在西北地區降水少，在南部地區降雨量則較多，甚至在同一區域內，由于大氣降雨季節的變化，礦山隨著礦山開采深度的不同，降水量發生相應變化。一般來說，隨著采礦量和開采深度的增加，采掘上山水平產生的水量小些、采掘下山水平產生的水量大些。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，并在斷層區域相連而成。由于礦井事故的發生，采礦活動使得礦井水注入地下，這也破壞了地層的隔水性。斷層水的特點是動態含量較大，靜態含量較小，地表面的壓強較大，對礦山安全生產造成巨

15、大的影響。含水層水：礦井水的重要來源之一是含水層水。在大多數情況下，降水、地表水供給含水層的水。水流入礦井含水層后的儲備分靜態儲備和動態儲備。其中靜態儲備是指的在礦井巷道施工未接觸含水層之前就已經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決定。一般在礦山采掘施工的早期主要是靜態儲備水的排放，可以在采掘施工過程實施時逐漸減少。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充，而且雖經過地下長時間排水仍然不能疏干，這種水就稱為動態儲備地下蓄水層?？偟膩碚f含水層靜態儲備一般對礦山生產早期有部分影響，它會逐漸減弱直至疏干，但含水層動態儲備水的影響就會長

16、時間對礦山生產造成威脅。采空區水(老窯水):各個時期的采空區由于長期停止地下水排水被稱為采空區水或老窯水。礦山開采在我國有著悠久的歷史，有些直接或容易被發現的表面礦電子科技大學博士/碩士學位論文2層，上部均為采空區域。再加上一些年前的礦山企業亂挖亂采后，不僅在老窯水數量，范圍上增多，在深度上就像一個地下水庫，一旦巷道揭露或柱子之間窯煤強度低于其靜壓強度、地下水庫壩體會突然坍塌，它的下游也將被淹沒，造成嚴重事故的后果不堪設想。如果地下水沒有及時被送到礦井地面，地下生產可能阻礙，安全會受到威脅，嚴重時會造成重大安全事故的發生，導致礦井被淹，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，貴州省銅仁地區天池地下煤礦發生透水事故，81 人地下值班，事故發生后，只有45 人逃脫；2007 年 1 月，內蒙古包頭超越礦業有限公司在透水事故當中，29 名礦工遇難；2008 年山西省王家嶺礦發生嚴重事故：:因為沒有建立有效的排水系統，在“3.28”透水事故造成 153 人被困，在黨中央和國務院的關懷和照顧，最后礦工的救援工作取得最大的成功，但是仍有 38 人永遠不能再生還。因此，為了保障礦山企業安全生產，必須要建立一個完整的礦山排水系統。與此同時，建設好安全可靠的地下排水自動化管理系統，可以提高礦山企業的安全生產能力，合理降低

18、排水能耗，從而提高企業的經濟效益。1.2 我國的排水設施的現狀目前，大部分的礦井水泵房還 常用傳統的水位檢測、超限報警 設備，然后再由排水泵人工操作排水模式。該模式由于應急能力差和自動化程度低并且必須由工人進行現場操作，這就導致很多潛在的安全問題 ，除此之外，管理水平和經濟效益也非常低，已經無法適應現代化礦山的應用。因此 ，如何建立一個安全可靠的地下排水自動化管理系統 ，提高礦山企業安全生產能力 ，合理降低排水能耗 ，從而提高效率，值得研究。1.3 國內外研究動態地下排水伴隨著礦業工程生產 ，是一項非常重要的系統工程。隨著控制理論更新和測試技術進步，各國專家在自動化排水系統的研究和實踐已經取得

19、了很大進步。主要技術為：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并廣泛應用于各種工業自動化控制領域 ，因此，自動化系統對于礦山生產與安全來說已日益成為研究的熱門方向之一。第一章 緒論31.3.1 國內的研究工作我國國內的研究人員在排水方案優化、排水設備改造和 綜合管理等方面進行了大量研究。能耗和效率有顯著提高 ，大量的中國科學家和技術人員提出了一些實際的方式來提高經濟效益。1994 年中國東部的地質研究所 研究并發布了“線性規劃模型在基坑井點排水工程優化設計中的應用 ” 。該排水設計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。該研究的特點是國內排水專家和技術人員煤礦井下

20、的排水系統中，建立了仿真模型，并指出其存在的合理性分析模型 ，對排水系統、安全仿真方案 ，為選擇最佳排水方案提供了依據。1996 年河北省原邢臺礦務局工作人員發現在邢臺礦山多個采礦斷層的水文地質條件及其復雜，改局工作人員通過經濟技術合理優化設計，選擇合理方法，推出了旋流器分級排水系統。這個是整個采礦安全生產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，雞西礦務局專家和技術人員對雞西市煤礦機械礦務局設計院設計的排水系統存在的一些問題，通過系統分析，簡化排水程序并對水泵以及整個排水系統進行研究和改進，使系統滿足了節省電能的設想并創造了可觀的經濟效益。新汗礦務局有關專家對

21、礦山排水設備的問題：效率低下，小的排水能力等已經不能滿足要求的礦山礦井排水系統實施改擴建設計，主要內容如下：1，合理選擇排放點；2、新型高效泵；3、斜井鉆井立管排水；4、沒有使用任何底閥排水；5、排水管道以并行方式進行。該設計合理選用了主排水設備，使主排水設備在合理的基本條件下運行和操作，而且采用了新型號的高效水泵，沒有使用底閥排水、并行排水管道和其他的方法，該系統改造后，不僅節能效果明顯，而且提高了礦山井下災害的抵御能力和很利于安全生產。2003 年，河南鄭州煤炭設計研究院研究人員以安全經濟運行為原則進行排水設備效率分析以及選型，確保水泵汽蝕現象能控制的前提下，找到泵效率和產品生產線效率最大

22、的最佳運行點?？偟膩碚f，國內在排水系統控制方面雖然仍有一些問題，但成績是顯具的。國內大部分礦井排水控制的現狀是：多采用人工檢測水位、淤泥厚度、管道門以及配電設備狀態，控制主要使用繼電器控制，造成工作效率低下，井下工作勞動強度大進而造成井下事故頻發。通過人工檢測方法，無法滿足采礦業的發展電子科技大學博士/碩士學位論文4需求，而應該由自動化排水系統替代。如果使用智能控制排水系統，把統治控制方法，模糊控制方法，專家智能控制分析方法等設計原則使用到自動排水系統中，使排水系統自動采集，記錄數據、自動故障報警，自動進行事故記錄和分析實現水泵開關自動控制，將確保和提高排水系統的安全性、可靠性。自動化排水系統

23、的自動化和智能化有著良好的發展前景。在 1997 年，遼寧某工程大學引進一種新的礦井排水，電腦自動控制系統?；诘V井排水系統的不定時，多變量，非線性因數，以及排水管道、系統泵組等具有參數的交叉接近特性，模糊控制方法特別適合排水系統的動態監測和分析診斷。該電腦自動控制系統基于先進的分布控制模型，構建了分級模塊結構體系，推出了模糊控制和綜合決策的理論。2002 年的煤炭工業設計研究院和邯鄲煤礦集團若干人提出 PLC 自動檢測水倉水位和其它參數，該理論以合理調度水泵運行，達到峰谷節能為目的，采集水位數據和用電量信息，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的系統組成的功能特點和適用

24、條件。隨著企業計算機技術以及網絡技術和的不斷發展，北京理工學院于 2005年在前人研究的基礎上不斷改進的自動化水平 ，提出了建設無人職守機站 的發展要求，他們設計可以實現遠程監控 并且無人職守的遠程監控系統，最終取得了良好的檢測和控制的效果。目前國內的部分礦山企業管理者也意識到自動控制排水系統 得重要性并嘗試改進。但是，由于一些自動化排水控制系統本身存在 設計缺陷使得排水操作并不理想，甚至比手動操作更不可靠。一些國內安裝了自動排水設備 的企業甚至已經放棄了自動化而轉向使用人工操作 ，這也造成了極大的損失和浪費。因此，我們需要在研究現狀的基礎上結合 礦山企業現狀，開發出一套安全性，可靠性高，而運

25、行成本低的自動化排水系統并將其融入到整個自動化系統中。1.3.2 國外研究動態國外研究人員對礦井排水做了大量的研究。為了提高運行績效的礦井排水設備，必須對水泵和管路清洗周期進行優化。俄羅斯莫斯科大學教授本著節省成本的原則，推導了最好的水泵運行和管路清洗周期的周期公式。詳細介紹了最優方案解的計算方法的參數，不同的水泵采用實際流量測量方法，等。并以俄羅斯煤第一章 緒論5炭生產聯合公司作為一個例子。具體介紹了在幾種條件下，經修正后的一些離心泵的能源消耗情況。另外，加拿大等礦產資源豐富的國家在采礦自動化技術引入方面取得了前所未有的成績。其中加拿大就提出了“數字礦山”的概念，主要立綜合信息基本框架的建立

26、，以及將所有采掘過程并入網絡，研制各種監控傳感器、排除井下排水設備的自動控制和監控的各種誤差，開發遙控機器人技術。芬蘭礦業協會則公布了智能化開采技術標準，以實現實時監管和生產自動控制的目的，推廣廣泛的信息網絡，新型機器和生產、維修自動化。俄羅斯則研究以了微技處理術為基礎的自動控制和故障診斷系統，以提高系統的安全操作性。以上這些國家雖然是把排水控制內容包含到礦山自動化的總體系統中，但他們把排水系統所有的控制信息傳輸到中央控制室進行統一分析和控制，使排水系統傳感器技術和排水系統控制分析系統取得了巨大的發展。1.4 選題的目的和意義1）提高礦山企業安全管理水平：礦山井下排水自動化監控系統使水泵的起停

27、、故障診斷和數據處理上完全自動化，不需要人工干預，中央泵房才可實現無人值守。讓生產企業預知井下涌水的危險性，適時分析生產現場的各種安全數據和狀態，完整的評價和處理生產階段的各種危險，讓投入運行的礦山企業滿足國家規定的井下排水安全的各項規程要求。2）對日常安全管理所需數據和信息進行高度整合：礦山井下排水自動化監控系統通過 PLC 輸入點采集、傳感器檢測、監控等措施結合在一起，實現井下排水各項數據的共享和動態管理，達到高度整合，使地面中控操作員全面、準確的了解和處理井下各種突發狀況。3）有助于企業合理運行設備，避免浪費，提高其經濟效益： 礦山井下排水自動化監控系統使得井下工作的水泵耗能處于最經濟的

28、狀態。以水泵均勻磨損為原則，實現避免某臺水泵因經常使用而造成疲勞。監控系統需要在保障水倉水位安全的前提下使排水泵的啟動次數最少。上述功能的實現無疑可提高礦山生產企業的經濟效益。電子科技大學博士/碩士學位論文61.5 本課題研究的主要內容 本課題研究的主要內容包括：系統的構架、系統的功能以及系統的控制原則。系統綜合應用技術包括：計算機網絡技術、實時數據庫技術以及軟件編程技術等。1.6 小結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，分析了國內外對礦山井下排水的研究現狀和動態，提出了選題的目的和意義，列出了本課題研究的主要內容。擬通過課題的研究與實踐，建立一套自動化排水系統，滿足礦山井下排

29、水安全、節能的自動化管理要求，使中央排水泵達到安全可靠經濟的智能運行狀態。第二章 相關技術介紹7第二章 相關技術介紹本章對研究所使用的幾種關鍵的技術 STEP7、WINCC 以及 AJAX 和 SQL SERVER 進行了詳細地分析，通過對這些技術的分析，可以為設計及開發提供更好的經驗。2.1 西門子 STEP 7 V5.4 專業版STEP 7 編程軟件主要用于西門子系列工控產品的開發中，其中它的類型比較常見的有以下幾種： M7、C7 、SIMATIC S7 以及基于 PC 的 WinAC，這些編程軟件非常實用，在產品的開發中起到很好的監控的作用，對產品的各項性能起到一定的優化作用，除此之外，

30、這種編程軟件最主的功能概括如下：對產品的硬件進行配置以及對硬件的各項參數進行設置，當然還可以進行編程和測試以及維護等。STEP 7 為開發人員提供了詳細的文檔說明，因此，開發人員在遇到問題時可以很好地利用文檔解決一些技術上的問題。但 STEP 7 和其它的編程軟件有一些不同之處，其主要表現為它是通過項目來對產品的硬件和軟件進行管理，而且這種管理一般來說是自動化的，因此技術人員可以十分方便地對產品中用到的數據如 SIMATIC S7、M7 等進行瀏覽。STEP 7 也為技術人員預留了一些硬件的接口，只需要進行簡單地配置就可以進行編程和開發工作，因此它是一種十分好用的工具，在本次開發它也起到非常重

31、要的作用。2.2 WINCC 從市場用戶需求的反映來看,用戶對 SIMATIC WinCC 的使用印象比較深刻。它主要體現在兩個方面：一是高水平的創新,它在早期的時候,用戶就已經知道它即將成為未來的發展潮流;二是它是基于標準的產品策略，在很長一段時間里,其可以確保用戶的投資利益。WinCC 的這種策略思想明確，運行在微軟視窗 2000 和視窗 XP 控制下的中心后,已發展成為歐洲市場強有力的領導者,而行業大都遵循它所制定的標準。如電子科技大學博士/碩士學位論文8果想讓設備和機械優化運行,那么 WinCC 無疑是節約成本并且提高生產效率非常好的選擇之一。下面對它的優點進行簡單地介紹：1.功能齊全

32、,WinCC 是適用于全面工業領域解決方案的通用應用程序；再加上多語言支持和它的普遍性，它也可以納入所有自動化解決方案里；內置的所有運營和管理功能也可以進行簡單、有效的配置。當然，它還支持基于網絡繼續擴大或者開發。WINCC 采用的是開放的標準,集成過程十分簡單;它和其它系統集成業務整合平臺，使可用的選項和額外的碎片擴大；一個完整的自動化組成。實例表明：WinCC 實現生產自動化和過程自動化互相整合于一體，并且已經在大量的項目應用和工業領域的全面應用都已證明。包括：汽車工業、化工、醫藥、印刷行業、能源供應和銷售、貿易和服務行業、塑料、橡膠工業、機械和成套設備工程、金屬加工行業、食品、飲料和煙草

33、工業、紙及紙制品加工、鋼鐵工業、交通運輸業、水處理和污水的凈化。2. 豐富的選項SIMATIC WinCC 是電腦及過程控制系統和其他西門子人機界面控制系統的部件。對垂直市場 WinCC 提供解決方案有豐富的選項和額外的小碎片(插件)。通過使用“FDA 選項”,在施工和設置采取適當的措施已經使用 SIMATIC WinCC 符合制藥和食品工業 21 CFR 第 11 部分要求的 FDA(食品及藥物管理局(FDA)=美國食品和藥物管理局)。許多選擇,將會使工廠認證更容易，這為這些行業認證的各種需求提供全面響應非常有說服力。例如，開發了一些申請垂直市場如供水行業 WinCC 額外的東西:Sinau

34、t ST7cc 遠程控制系統的應用，應用文件和 PM-Aqua 檔案系統的應用情況，Siwa-Plan 優化系統的運營成本、應用FunkServer-Pro 報警管理系統等。3.多語言支持,具有一定的普遍性例如在歐洲：WinCC 配置界面的設計完全是國際部署：你只要點擊按鈕可以在德國、英國、法國、西班牙和意大利之間進行切換。亞洲版:亞洲版還支持中文,韓語和日語。自然,你可以在工程設計中多種運行客觀的語言，也就是說，在同一時間你可以使用幾種歐洲和亞洲語言。當然，你可以在各個終端市場區域使用相同的和可視化的解決方案。如果想翻譯文本，只是一個標準的 ASCII文本編輯器。 WinCC 的靈活性也很強

35、，從而保證為客戶提供最佳的配置效率：用一個現成的對象庫，可重用的面板、智能工具，語言的文本自動翻譯項目。根據價格和性能的不一樣，能夠為客戶提供各種版本 WinCC，每一版本相互依存的,經第二章 相關技術介紹9過精心設計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有的項目也可以很容易地復制，通過功能塊技術可以把成本降至最低，可以重用對象結構形式集中存儲在數據庫內。WinCC 包含龐大的可升級動態變化對象用于創建面板。任何改變面板只有在一個集中的位置執行。然后使用面板在什么地方,這些變化將工作。這樣不僅節省時間,而且可以保證數據的一致性。2.3 AJAX 技術1.Ajax

36、的四個基本原則基于網頁的傳統的網絡應用程序中，瀏覽器所起的作用 是啞終端。這就使得用戶在操作過程中 處于哪一個階段是不明確的?；镜挠脩粜畔Υ嬖诜掌魃?，或者說是在用戶會話中。當用戶登錄或者和服務器以其它方式建立連接后，該系統將創建多個 的服務器對象，最終將呈現給用戶瀏覽網站主頁，HTML 標簽的數據流的組成包括 :模板文件和用戶數據。每次用戶和服務器之間的交互將得到另一個文件。在文檔中得到相應的用戶數不同 ，除此之外模板文件和數據都一致。瀏覽器會展示新文件 ，并自動去除舊的文件 ，因為它是啞終端，不知道要做什么。(1)瀏覽器不是內容而是應用Ajax 應用程序邏輯與部分服務器搬到瀏覽器。當一

37、個用戶登錄服務器就會被送到瀏覽器一個復雜的含有多種 JavaScript 代碼文件。文件已經伴隨著用戶會話和生命周期的全過程。過程中 ，隨著與用戶交互會發生很大的變化。它能明確如何響應用戶的輸入 ，確定你是否處理請求 ，從而決定是否轉移到網絡服務器，網絡服務器訪問數據庫或其他資源。決定是否通過組合的方式處理。因為這篇文檔整個用戶會話都存在 ，所以它能保持狀態。(2)服務器不交付內容而是交付數據Ajax 可以發起了一個異步服務器請求 ，服務器端通過 JavaScript 代碼通過一個純文本或一個 XML 文件實現的回報數據 ，不會像傳統的網站應用程序的模板文件，內容和數據發送給瀏覽器混合。在的

38、Ajax 應用程序、網絡通訊流量主要集中在前期的加載 ，然而，用戶登錄一次一個大而復雜的 請求就會被送到客戶端瀏覽器。但是在那之后 ，這個服務器和溝通更為有效?？偟膩碚f，寬帶消費的 Ajax 應用程序比傳統的網絡應用程序較低。(3)用戶交互更加連續傳統的網絡應用程序當一個頁面提交 請求已經沒有顯示，用戶本質上是電子科技大學博士/碩士學位論文10一個沒人管的狀態。瀏覽器甚至可以允許用戶點擊一些連接點擊 ，都可能導致一些不可預知的結果甚至 包括破壞服務器會話狀態 ，不然用戶只能等待。為了實現這些，使用 Ajax 應用程序可以避免這些不愉快的經歷。此外，AJAX 也會對用戶操作事件抓取十分豐富。類似

39、于拖拽等復雜動作的監聽已經不再是神話。這使得網絡應用程序 UI 經驗可以提升到幾乎和桌面應用程序組件的 UI 相當程度。因為 Ajax 可以實現頁面的局部刷新，能夠給用戶更好的體驗，增強交互效果，所以在項目中使用到了 Ajax 技術。2.4 sql server2000SQL 是一個眾所周知的關系數據庫管理系統，它在最開始的時候主要由微軟、Ashton-Tate 、Sybase 這三家公司共同研發,在 1988 年推出他的第一個的版本。隨后，當 Windows NT 發布以后,微軟對 SQL 進行了進一步的發展。Sybase SQL 服務器微軟 SQL 服務器將被移植到 Windows NT

40、系統,重點發展促進 SQL Server Windows NT 版本,Sybase 更重視 SQL 服務器應用的 UNIX 操作系統。在這本書里介紹的 Microsoft SQL Server 后來被稱為 SQL 服務器。SQL Server 是 2000 年由微軟 SQL 數據庫管理系統發布的一個版本。這個版本繼承了 SQL 服務器 7.0，但又有超它的地方,同時又增加了許多更先進的功能,具有使用方便、良好的可擴展性和相關軟件集成度高等優點,在運行微軟視窗98 臺筆記本運行微軟視窗服務器 2000 或者大型多處理機等多種平臺使用。在系統需求確認過程中，我們使用用例圖掌握用戶的需求，闡述了系統

41、用例圖提供了一個功能單位。用例圖的主要目的是幫助開發團隊去一個可視化的理解系統的功能需求，包括評估工作的基本程序基于“actor”(角色，也是系統交互與其他實體)的關系，與系統之間的關系的病例。用例圖顯示一般情況下組織整個系統的所有病例中，或已經完成了功能(例如，所有的安全管理相關案例)一組用例。用例圖顯示的情況下，畫一個橢圓表示，再將被命名的個案在橢圓中心的或橢圓形以下中間。利用系統用例圖一個角色(表示一個系統的用戶)，可以畫出一個人的符號。角色之間的關系和案例，使用簡單，用線來描述。不同的實體如何彼此相關，顯示了系統的靜態結構，類圖用來表示邏輯類的事通常指業務人員。一種數據也可以用于實施說

42、，程序員處理實體的實施。實施圖可能和邏輯類圖展示了一些相同的類。然而，實施數字將不會使用相同的屬性來描述，因為它可能有諸如矢量和 HashMap 這一類的事情上的參考。網絡應用程序從網站或網絡系統的發展，擴大網站，用戶可以撥打業務邏第二章 相關技術介紹11輯，改變業務服務器。網絡的應用包括至少三個重要組成部分:客戶端瀏覽器，網絡服務器和應用程序服務器，也可以包含數據庫服務器。網絡應用程序的體系結構模型描述了軟件系統的組織機制的基本結構。網絡客戶端模式的重要組成部分主要位于網絡服務器，在業務邏輯網絡服務器上執行，這樣客戶的計算能力極其有限。因此，設計網站應用程序的性能平衡時必須考慮的方面。因為網

43、絡應用程序通過廣域網交換數據的，這樣可以減少和平衡網絡和服務器負載的網絡應用程序能很好的運氣做重要的因素。許多機構正在考慮將 UML 作為框架設計的通用語言，在各種不同類型的開發過程中使用 UML 圖表。統一建模語言不依賴具體發展過程中，定義標準的發展過程以及不統一建模語言發展計劃。但有一個嚴格的定義、管理方便的工作過程的區別是重點項目的水平。UML 可以支持大多數的開發過程的方法、過程標準化問題還沒有引起足夠的重視，但選擇一個開發過程框架，在這個框架基于工作過程的規劃已被普遍認同。雖然沒有強制使用統一建模語言的具體發展過程，但更主張從案例驅動系統結構為中心，以改進，最后的不斷添加軟件開發過程

44、。電子科技大學博士/碩士學位論文12第三章 系統需求分析3.1 需求背景某鐵礦是一個富含水的大型鐵礦山，水文情況非常復雜，曾經被采礦業內人士比喻為鐵礦山中的“大水倉”，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，額定揚程 He=170m，=80%，共 4 臺，配用 10kV 高壓電機，額定功率 400kW。在正常涌水量情況下 2 臺工作，2 臺備用，最大涌水量情況下4 臺工作。該礦業有限公司在該項目的建

45、設中首次提出了采用無人值守排水自動化監控系統的要求， 要求排水系統通過檢測水倉水位等各種參數，采用 PLC控制中央泵房的主排水泵的輪換工作運行以及自動啟動備用泵，調配各臺水泵的合理運行。并通過觸摸屏以文字數據和圖像的方式，直觀準確和及時的反映系統工作狀態以及水倉水位、電機溫度、排水管路流量等參數，以及通過通訊模塊與主控室監控主機進行數據傳輸。使該系統具有運行可靠性和自動化程度高，操作方便等特點，并可通過合理設定水泵的運行時間，運行臺數來節省水泵的運行費用。3.2 需求分析的目標3.2.1 系統功能性需求3.2.1.1 單臺水泵管理系統礦山水泵房通常，由多臺水泵組成。各臺水泵往往因為使用年限、使

46、用條件和自身的技術特點，需要各自分別進行檢測分析和管理。單臺水泵管理系統即針對該需求建立。 單臺水泵管理系統對各臺設備單獨匯總設備狀態和運行信息進行管理和分析。主要包括：液位信息(液位、流量)，溫度信息(水泵溫度、電機溫度)等。第三章 系統需求分析13液位信息管理用例圖見 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水泵房中央控制系統實現水泵房運行狀態檢測、水泵房運行狀態分析和水泵房運行自動控制功能。水泵房運行狀態檢測通過檢測數據分析，依據設定的水泵房數據，實現自動化水泵房自動化控制。系

47、統實時分析檢測獲得的水泵房水流、水量數據，決定是否進行水泵的開機、停機操作。系統一旦獲知水倉水量或水倉進水量達到或超過設定值，即會自動按照開機控制原則，開動相應水泵開始排水作業，實現水泵房無人值守的功能。水泵房中央控制系統包括數據分析子系統、開停機子系統以及開機控制原則設定。數據分析子系統數據分析子系統在排水系統數據采集完成后，對所有采集的數據根據設定電子科技大學博士/碩士學位論文14的標準值進行對比分析，判斷系統的運行情況，處理異常的數據。數據分析子系統用例圖見圖 2-3：圖 2-3 數據分析子系統用例圖開停機子系統開停機系統主要用于管理水泵開機、停機，并監控開機、停機狀態。同時支持人工啟動

48、和停止水泵。系統開停機主要由系統實現。人工開機、停機則由人工判斷系統是否需要開機或者停機。系統自動開機計算系統自動開機計算通過水泵房水量、流量和水泵房當前排水量計算獲知。開機條件 SP=0 時，發出開機命令，開機條件 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電子科技大學博士/碩士學位論文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說明：系統計算好水泵運行時間后，根據時間長短，運行時間最少的優先啟第六章 系統的實現45動，運行時間長的最先停止，以達到水泵均勻磨損。FB5：將編好號的水泵根據時間長短排隊，入隊列 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電子科技大學博士/碩士學位論文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 系統的實現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說明：水泵運行后，將該泵從原始時間排隊隊列表中踢出并加入到運行隊列表中。 CALL Table Manage SRC :=Tab.Sort_valid電子科技大學博士/碩士學位論文48 PATRN :=Para.Remove_No3 DB_NO :=30 Table_pointer:=#St_Point Table_1 :=Tab.Sort_head ATT_EN :=FALSE NOP 0說明：系統根據運行表隊列，實現最長時間運行的水泵最先停止，水泵停止后，將該編號水泵從運行表中踢出，依此類推可實現水泵自

54、動加減泵。 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 軟件設計的基本成果本課題小組通過 STEP7 V5.3SP3、WINCC V6.2SP3(編程及畫面軟件)設計了部分礦山井下自動化排水系統的主要監控畫面。1）主監控畫面見下圖 6-1：第六章 系統的實現49圖 6-1 系統主監控畫面畫面簡要說明：此畫面中將動態顯示 1#、2#主排

55、水管的壓力及瞬時流量，4個主排水泵的電機定子溫度，水泵溫度、出水壓力，真空度等信息，以及 2 個水倉的液位情況。鼠標左鍵雙擊相關參數會出現相關參數的在線運行趨勢圖。點擊紅色字體“1#泵”，將會顯示“1#泵”的三相電流運行趨勢圖。2）每臺水泵的運行參數和狀態，均有一詳細的畫面顯示。現以 1 號泵的顯示畫面為例，見圖 6-2：電子科技大學博士/碩士學位論文50圖 6-2 1#主排水泵監控畫面畫面簡要說明：畫面顯示電動閥門狀態指示：顯示電動閥門開到位/關到位，當有開/關閥門的動作時，指示燈會閃爍，動作停止后，變為綠色指示燈常亮顯示；水泵操作：按下啟動/停止按鈕，將彈出確認對話框，按下確認后便會啟動/

56、停止 1#水泵運行。按下“取消”則不會啟動 1#水泵。設置水泵工作方式：“自動運行”/“手動運行”/“就地”方式。點擊主畫面返回按鈕，可回到監控系統的主界面。3）系統工作參數設置的界面點擊參數設置中的系統參數設置項，則進入系統參數設置界面。見圖 6-3：第六章 系統的實現51圖 6-3 系統參數設定畫面畫面簡要說明：進入界面前系統需要對操作人的身份進行確認，只有具備一定權限的操作員方可進行系統參數設置。如果系統登錄失敗，或點擊“取消系統登錄”，無論點擊系統參數設定中的任何功能，均會顯示“未知用戶”。如果系統登錄正確即可進入系統參數設定界面， 設置每一臺水泵投入/切除系統工作，設置水泵運行模式的

57、，設置液位檢測方式:液位/浮球。5）用戶管理功能 用戶管理主畫面見圖 6-4：電子科技大學博士/碩士學位論文52圖 6-4 用戶管理主畫面用戶管理主畫面簡介：畫面可設置“操作員權限設置”，進行添加用戶及給相關用戶授權的操作。進入該項之前也要進行系統登錄，以確定操作員的權限。只有具備一定權限的用戶才能進行權限的設置。進入權限設置界面后可以添加用戶，也可以根據提示授與用戶相應的權限。要添加用戶時，輸入要添加的用戶名、用戶密碼、確認密碼。當兩次用戶輸入的密碼相同時， “確認”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，系統將彈出一個對話框，提示添加用戶不成功，該用戶

58、名也就不會被添加到用戶組中。6）歷史數據查詢點擊“數據查詢”之“歷史數據查詢”即可進入歷史數據查詢界面。見圖 6-5：第六章 系統的實現53 圖 6-5 歷史數據查詢畫面7）綜合報警查詢在任何界面下，如果發生報警都會出紅色報警框閃爍顯示，同時調出該項報警對應的、預先錄制好的 WAV 音頻文件，提示出現報警的種類。在任何界面下點擊報警框即可進入綜合報警查詢界面。也可以點擊“數據查詢”中的“報警數據查詢”項，進行報警查詢界面，見圖 6-6：電子科技大學博士/碩士學位論文54圖 6-6 報警查詢畫面6.5 系統測試本系統中，功能性測試主要基于用戶的功能需求進行黑盒測試。礦山井下排水自動化監控系統對每

59、個模塊的測試都需要先寫好測試計劃，然后再由專業的測試人員進行測試。6.5.1 功能測試功能測試。主要達到的目標有如下幾點：1) 上傳各項參數的準確性、適時同步性；2) 流程自動控制程序的正確性，程序響應的及時性；3) 報警系統的的正確性，系統響應的及時性。以下列舉幾個功能測試方法。（1）用戶登陸用戶登陸是系統最常見的功能之一，不同的用戶具有不同的權限，管理員用戶具有管理其它用戶的權限，這里對普通用戶的登陸進行測試，測試用例見表 6-第六章 系統的實現552。表 6-2 登陸測試用例表序號001測試目的測試登陸是否成功測試級別驗收測試測試類型功能測試輸入1、在輸入框中輸入用戶名和密碼2、單擊登陸

60、按鈕測試方法與步驟輸出系統進入普通用戶的主界面測試結果正常功能完成是 （2）設定水泵運行模式水泵具有兩種不同的運行模式，在需要時可以對其進行設定，兩種模式分別為現場自動運行和遠端手動運行，系統默認是現場自動運行，這里將其設定為遠端手動運行，測試用例見表 6-3。表 6-3 水泵模式設定用例表序號002測試目的測試水泵模式設定是否成功測試級別驗收測試測試類型功能測試輸入1、進入水泵模式設定選項2、選擇遠端手動運行并確定測試方法與步驟輸出水泵的模式更改為遠端手動運行測試結果正常功能完成是 （3）數據查詢在系統正常運行時，可以對系統的數據進行查詢，從而掌握系統的運行狀況，電子科技大學博士/碩士學位論