基于IDL的某地下工程通风系统设计与实现

摘要：为解决某地下工程通风系统信息化条件不高，缺乏相应预测功能，通风设备的风量参数不能实现在线监测等薄弱环节。通过了基于三维可视化场景设计开发了一套地下工程空调通风控制在线监测系统(以下简称通风监测系统)来解决上述问题。系统采用了IDL和C#混合编程技术，将传感器实时采集的数据存入数据库，然后通过调用灰色度算法生成性能曲线和预测结果。论述了三维场景生成与显示、数据库查询优化等关键技术。结果表明了通风监测系统的可行性和实用性。极大地提高了地下工程管理效率和监测水平。
关键词：在线监测；空调系统改造；信息系统；三维可视化

    目前，我国已有的地下工程通风控制监控系统主要是监测功能，实时反映通风、供暖等参数的数据，而未充分发挥其控制功能。随着信息化水平的提高，以及三维成像技术、传感器及测试技术、计算机硬件软件技术、通讯技术、人工智能技术等先进技术的发展和应用，必然促进地下工程通风控制系统的智能化的发展和广泛应用。本系统能够与整个地下工程指挥自动化系统联网进行通讯，能够实时将监测结果传输到主控室或总工室，并接受执行从主控室或总工室传来的指令。

1 系统功能
    通风监测系统的主要功能如图1所示。

    本系统采用人机交互的界面设计，主要核心模块分为数据采集与通信模块，系统预测模块和场景可视化处理模块。各模块功能如下。
1．1 数据采集与通信模块
    系统登录运行后，操作人员对串口通信参数进行相关设置，打开串口进行数据的接收，并将数据存入数据库。系统通过通风机上的传感器实时监测对风机振动信号、温度信号、风机转速、风机风量、风机静压、风机全压、输入功率、全压功率、静压效率等参数，并将采集的数据实时存入数据库。由于现场采样数据量大，各个数据的内在关系复杂，系统要求能对数据库进行数据调度管理。
    该模块的主要功能是：能够对电机电压和电流进行实时采集、显示和存储，自动接收反映通风机性能的数据，为管理模块的数据处理做准备。
1．2 系统预测模块
    在信息数据采集完成后，系统将原始数据存入数据库当中，允许管理员对相关信息进行修改、查询操作。数据流程如图2所示。在收集足够的数据后系统进入信息数据处理与预测阶段。其目的在于利用相关数据进行计算，自动绘制出相关性能曲线如：H-Q、N-Q、η-Q曲线，同时对工程未来一段时间内的进、排风进行预测，实现风机的自动调节功能。数据流程如图2所示。

    本模块采用灰色系统理论建立相关模型，对历史数据进行分析得到各数据之间的关联度，进而系统能够在不同的条件下为决策者提供排、供风方案，供操作人员进行决策。
1．3 场景可视化处理模块
    IDL交互式数据语言是进行数据分析、可视化表达和应用开发的第四代可视化语言。Visual C#作为一种现代的面向对象的程序设计语言，综合了Visual Basic的高生产率和C++的行动力。因此，通过IDL与C#的混合编程，借用IDL高效、快速的可视化与分析功能，可以快速进行应用程序开发及编写跨平台软件。本系统实现的是三维场景再现功能，因此采用IDL的对象图形法。在IDL的虚拟图形构架体系中提供了一套对象显示结构对象和很多对象图形原子，灵活的运用这些图形原子就可以在视图中制作三维图形、图像和动画。

2 系统设计与实现
2．1 系统总体设计
    矿井主通风机在线监测系统以VS2008为平台，以C#和IDL为编程工具进行编程，选用SQL server2000平台作为数据库。采用ERwin建立数据库的概念模型和物理模型，如图3所示。通过使用ERwin建模工具自动生成、更改和分析IDEF1X模型，不仅能得到优秀的业务功能和数据需求模型，而且可以实现从IDEF1X模型到数据物理设计的转变。

2．2 数据库设计
    数据库为本系统提供数据支撑，是系统不可缺少的关键部分。数据库主要存储传感器采集的实时数据，通过建立历史档案为使用者提供底层数据。主要包括：矿井号、监测点断面积、出口断面积、额定转速测定次数、矿井号、测定时间、风机转速、相电流、相电压、功率因数、静压差、温度、密度、大气压力等。本系统数据流条目如表1所示。数据字典如表2所示。

3 系统关键技术实现
3. 1 数据库关键技术研究
    系统与数据库的所有交互操作均为封装在My_ProjectDataProvider类中，由于本系统中风机数据信息表与风机基本参数表是独立的，而且Rawd_table元组保存在结果关系中，同时Test_Data(测出数据表)的属性上可能出现Null，因此只有使用外连接的方法实现数据连接查询。相关SOL语句如下：
   

   

3．2 C#与IDL混合编程
    由于IDL的用户界面控件功能较弱，为满足系统功能多样化及开发高效性的需求，本系统采用Microsoft VisualC#和IDLActiveX控件实现系统监测及三维可视化功能，利用C#实现系统框架，由它控制IDL程序模块运行，包括向IDL程序模块发送调用图像数据处理模型命令和将IDL程序模块处理结果显示到IDLDraw Widget控件中命令。在使用VS2008开发前台应用程序后，选中COM组件，拖动IDLDraw Widget Control 3．0控件到窗体上，然后初始化IDL控件如下：
   

4 结束语
    本系统使用C#和IDL语言作为开发工具，同时提出了使用灰色系统理论在矿井主通风机在线监测系统中的应用。并通过实际的系统验证了方案的可行性，提高了矿井主通风机可控制化、控制智能化水平。通过与历史档案的建立，可以运用数学方法进行预测。进一步提高设备工作效率。