DOI:10．13347/j．cnki．mkaq．2016．10．028基于组态软件的通风机性能曲线的绘制宗克柱，牛华青，栾亨宣(山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛266590)摘要:组态软件在通风机监控系统中得到广泛应用。考虑到通风机性能曲线对通风机运行的重要性，运用最小二乘法拟合曲线原理，通过力控组态软件的xy曲线进行通风机性能曲线的绘制。并与MATLAB拟合的曲线进行性能对比，经分析运用xy曲线绘制的通风机性能曲线可以达到较高的精度。关键词:矿用通风机;性能曲线;最小二乘法;组态软件;xy曲线中图分类号:TD441+．9文献标志码:B文章编号:1003－496X(2016)10－0105－03FanPerformanceCurveDrawingBasedonConfigurationSoftwareZONGKezhu，NIUHuaqing，LUANHengxuan(CollegeofMechanicalandElectronicEngineering，ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266590，China)Abstract:Configurationsoftwarehasbeenintensivelyappliedinthemonitoringsystemoftheventilator．Consideringtheimportanceoffanperformancecurveonfanoperation，accordingtotheprincipleofleastsquaresfittingcurve，theventilator＇sperformancecurvecanbedrawnthroughthexycurveoftheforcecontrolconfigurationsoftware．Then，whenwedescribetheventilator＇sperformancecurve，thexycurvehashighaccuracybycomparingitwiththeMATLABfittingcurve．Keywords:minefans;performancecurve;least－squaremethod;configurationsoftware;xycurve通风机的主要性能曲线是指通风机在一定转速下全压H，轴功率N，效率η和流量Q的关系曲线［1－2］。在设计通风机时，通风机的设计工况要处于高效区内，但在实际生产和运行中，由于叶片内气体流动的复杂性，使得设计工况和最佳工况的位置不在同一片区域;所以，在选择通风机时，一般要求其运行工况点必须控制在性能曲线的稳定区域内［3］。由于通风机生产商所给出的通风机性能参数都是在实验环境中所测得的数据，固在生产现场应对通风机性能参数进行重新测试，重新绘制通风机性能曲线，以掌握通风机性能的变化情况［4］。三维力控组态软件具有实时监控，数据存储，过程控制和脚本开发等功能。力控组态软件的xy曲线具有图形缩放，曲线存储，曲线打印等功能，可以满足对通风机性能曲线的绘制。同时力控ActiveX控件也较好的解决了在通风机性能曲线拟合对专业人员和专业软件的需要。1基本原理1．1实测状态与标准状态的换算通风机的性能参数都是在一定的进气状态下给定的，即通风机的性能与进气状态有关。通常为了便于对不同通风机进行性能比较，应将实测进气状态下的通风机性能参数转换为标准进气状态下的通风机性能参数，其转换如下［5－6］:QQ0=nn0pstpst0=ρ1ρ0(nn0)2NN0=ρ1ρ0(nn0)3式中:Q为通风机流量，m3/s;n为通风机转速，r/min;n0为通风机的标准转速，r/min;Q0为标准进气状态下通风机的流量，m3/s;pst为通风机静压，Pa;pst0为标准进气状态下的通风机静压，Pa;ρ0为标准进气状态下通风机进口气流的密度，kg/m3;ρ1为实测状态下通风机进口气流的密度，kg/m3。可以用此比例定律做出如下推算:①根据已知的通风机性能参数推算出同系列通风机的性能参数;②根据通通风机在现场环境下的参数推算其标·501·第47卷第10期2016年10月SafetyinCoalMinesVol．47No．10Oct．2016中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

准状态下的参数。1．2效率曲线效率是指全压有效或静压有效功率与轴功率的比值。具体为:ηst=pstQ1000N式中:ηst为通风机的静压效率;N为通风机的轴功率，kW。1．3网络特性曲线通风机在通风网络中的工况点，实际上就是网络特性曲线与通风机特性曲线的相交的位置。网络特性曲线，即通风网络阻力和流量的关系曲线。通风网络静压特性线方程为:h=ＲQ2式中:h为矿井负压，Pa;Ｒ为通风网路阻力系数，N·s2/m8。2通风机性能曲线的绘制2．1曲线拟合通风机性能曲线通常是根据实验得来的一些离散的实验数据拟合而成。在实际绘制中多项式方程能够较好的满足精度要求，计算较为简便，因此可用最小二乘法来构建性能曲线的方程。对于通风机性能曲线的拟合，三次多项式拟合的曲线可以较精确的描述其工作范围内的特性，但在其工作范围之外的部分会有一些失真。所以如果要得到更精确的曲线就要使用更高阶的多项式方程进行拟合，但是其程序非常繁琐。在生产环境中，只要绘制出其工作范围内的特征曲线就可以达到要求，因此没有选用更高次的多项式方程拟合。其方法如下:对于给定数据(xi，yi)，i=0，1，…，m，其拟合函数p(x)为:p(x)=∑mi=0aixiS0S1…SmS1S2…Sm+1SmSm+1…S2ma0a1am=T0T1Tm正规方程组如上式所示，其中:Si=∑nk=1xki，i=0，1…，m;Ti=∑nk=1ykxki，i=0，1…，m。由上述2个公式就可以拟合出曲线函数p(x)，通过上面公式采用C++编制曲线拟合的程序。ActiveX是一些完成特定任务的组件或对象的统称。工控软件的最大优点就是开放性，力控组态软件就是一个标准ActiveX控件的容器，在力控中可以使用一个或多个ActiveX控件［7－8］。选用MFCActiveX控件开发系统功能，使用ActiveX控件封装C++编制的拟合程序。ActiveX控件通过在现场工控机的注册，在力控组态软件的工具箱下ActiveX控件添加应用，在力控组态界面中应用。2．2数据的存储力控组态软件可以和支持DDE标准的应用程序(如:EXCEL)进行数据交互。文中力控数据库作为客户端访问应用程序EXCEL，是将EXCEL当作一个服务器。在开发系统的I/O设备组态下打开I/O设备管理器IoManager建一个DDE设备。设置好通讯参数即可在数据库进行数据连接。在EX-CEL数据表中可以存储多个通风机的性能参数，在曲线的绘制时只需调用与其相对应的数据表。2．3曲线的绘制力控界面系统提供了很多种分析曲线，比如趋势曲线，xy曲线，温控曲线等方式，选用xy曲线对通风机性能曲线进行绘制。xy曲线是y变量的数值随x变量的数值变化绘出的关系曲线图。xy曲线相对于其它分析曲线更适合通风机性能曲线的绘制。其y轴变量是根据x轴变量(流量Q)变化而进行变化的，每条性能曲线的量程可以自行设定，曲线可以保存打印，可根据需要在属性面板进行灵活设置。其步骤如下:1)在力控界面的窗口中选择工具箱的常用组件选项，单击xy曲线，在窗口中调整位置大小。2)双击应用程序动作打开脚本编辑器，编写曲线绘制程序。3)在xy曲线的属性页面，添加曲线，设置其量程和样式。4)在窗口下方添加打印曲线，重绘曲线等功能按钮。3实例对于每台通风机，通过测试整理的数据都可绘制出相应的性能曲线，但是在现场，为了便于对通风机性能进行比较，可以通过上述的换算公式将参数换算为标准状态下的相应的值，然后通过组态软件绘制标准状态下的曲线［9］。以1台矿用轴流式通风机为例，运用开发的·601·第47卷第10期2016年10月SafetyinCoalMinesVol．47No．10Oct．2016中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

ActiveX控件拟合出性能曲线，并用xy曲线进行绘制。通风机实验数据［10］见表1。通风机效率曲线如图1，通风机压力曲线如图2，通风机功率曲线如图3。拟合的通风机压力曲线如图4。表1实验数据流量/(m3·min－1)压力/Pa效率/%轴功率/kW6．5435467．8461．363．126．6745657．4565．761．837．0245411．0165．163．247．1415634．9969．262．767．5065256．6468．362．747．7824880．1966．661．958．0614526．2665．560．718．5614007．8665．257．689．2233470．5064．954．299．8022412．9754．048．2110．4321809．7547．544．0710．5642135．1954．445．64图1通风机效率曲线图2通风机压力曲线图3通风机功率曲线图4拟合的通风机压力曲线图1、图2和图3为利用力控组态软件绘制的结果，曲线的流畅度和弯曲度较好，能够满足现场的工作需要。图中的压力、效率、功率曲线为3条静态曲线，是通风机出厂质量的重要保证。在通风机实际运转中还要考虑通风网络曲线，可根据通风网络静压特性线方程绘制出网络曲线。由于缺少阻力系数，图中未绘出静压网络曲线。图4是利用MATLAB对表1的数据经过多次回归系数的显著性检验，拟合的通风机压力性能曲线。通过图4和图2压力曲线的对比，在通风机的工作区间内，其变化趋势基本吻合，说明利用xy曲线绘制性能曲线是可行的。4结语给出一种采用组态软件拟合绘制通风机性能曲线的方法。使用最小二乘法对采集的离散数据拟合，以C++语言开发ActiveX控件嵌入三维力控组态软件，实现了通风机曲线的拟合和绘制。利用组态软件的xy曲线在通风机性能曲线绘制中的应用，不仅解决了通风机性能曲线绘制困难的问题，而且使基于组态软件的通风机监控系统更加完善。参考文献:［1］王海桥，贾腾，陈世强，等．变频矿用主通风机性能试验及非等比变化律研究［J］．流体机械，2015(1):7．［2］王晓东，翟志红，陈昊旻．矿井主要通风机性能的现场测试方法［J］．煤矿安全，2002(2):41－43．［3］何新建，蒋曙光，吴征艳，等．矿井主要通风机性能分布式测定系统的研究［J］．煤矿安全，2008(1):15．［4］陈文礼．矿用BDK系列双级对旋轴流式通风机性能测定与评价［J］．能源与环境，2005(2):86－88．［5］于修，陈维健，李功熹．矿山大型固定设备技术测试［M］．徐州:中国矿业大学出版社，1995．［6］张景松，陈更林．流体机械［M］．徐州:中国矿业大学(下转第111页)·701·第47卷第10期2016年10月SafetyinCoalMinesVol．47No．10Oct．2016中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

图6卡车装载和重车运行加速度曲线图图7卡车卸载和空车运行加速度曲线图5结语采用MEMS传感器技术，通过对三轴陀螺仪和三轴加速度传感器的组合应用，对露天矿卡车在行车过程中所处道路条件进行实时分析和判断，从而确定车辆处于平路、上坡或下坡，同时也能够区分车辆是处于重车还是空车的状态。为矿用卡车毫米波雷达防撞系统的刹车规则打下了坚实的基础。经过矿山现场大量的实验说明，这种传感器的精度和可靠性可以达到工业现场的要求，为矿山行车安全提供了有效的技术保证。参考文献:［1］王治国，李熹，郭德淳，等．超宽带汽车防撞雷达的设计［J］．现代雷达，2007，29(4):20－23．［2］贺乐厅．智能运输系统－基于毫米波雷达的车辆防撞技术与实验研究［D］．南京:东南大学，2003．［3］李怡凡，吴黎明，张力锴．一种车身姿态的捷联测量［J］．传感技术学报，2010，23(8):1189－1194．［4］JayEsfandyari，ＲobertoDeNuccio，GangXu．MEMS陀螺仪技术简介［J］．电子与电脑，2011(4):23－25．［5］程承，潘泉，王申龙，等．基于压缩感知理论的MEMS陀螺仪信号降噪研究［J］．仪器仪表学报，2012，33(4):769－773．［6］Majid，Dadafshar．加速度计和陀螺仪传感器:原理、检测及应用［J］．电子产品世界，2014(6):54－57．［7］NeilM．Barbour，尚克军，刘峰，等．惯性导航传感器［J］．战术导弹控制技术，2010，27(1):40－42．［8］周红进，钟云海，易成涛．MEMS惯性导航传感器［J］．舰船科学技术，2014(1):115－121．作者简介:王有仓(1963－)，内蒙古鄂尔多斯人，教授级高级工程师，神华准能集团有限责任公司安监局局长。(收稿日期:2016－07－22;责任编辑:李力欣檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸)(上接第107页)出版社，2010．［7］李俊丽，张光辉，祝晓红．先进PID控制在组态王上的扩展与应用［J］．自动化仪表，2009(3):59－62．［8］牛富丽．基于ActiveX的组态软件通用控件开发［J］．煤炭技术，2010(12):146－147．［9］蒋曙光，金富，吴征艳，等．分布式通风机性能测定系统在煤矿的应用与分析［J］．工矿自动化，2011(2):77－80．［10］徐晓，韩从英，张永建，等．基于最佳一致逼近理论求解矿用通风机性能曲线［J］．煤炭学报，2011(S1):186－190．作者简介:宗克柱(1989－)，山东菏泽人，在读硕士研究生，主要从事矿用通风机检测监控技术的研究。(收稿日期:2015－12－04;责任编辑:李力欣)·111·第47卷第10期2016年10月SafetyinCoalMinesVol．47No．10Oct．2016中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net