时间：2023-03-21 17:02:47
导语：在数控系统论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
1.1RS-485总线RS-485是串行数据接口标准，1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。杨卫中等（2006）[1]开发了基于现场总线的分布式温室自动控制系统，系统硬件由上位机、智能控制器和智能节点3层组成，采用RS-485总线作为层间通信网络。曹洪太等（2006）[2]提出了一种针对温室环境监测的基于WEB的数据采集和信息系统设计方案，从软、硬件的角度介绍了系统的实现方法。硬件系统通过RS-485总线与数字传感器连接，并与具有联网功能的监控计算机构成温室现场监控系统。韩慧（2012）[3]设计了一套能实时控制温室内温度、湿度以及CO2浓度等多参数的温室环境监测系统，由一台PC机与多个下位机组成主从式分布结构，采用RS-485总线通信网络进行数据传输，可实时采集各环境参数值进而进行远程控制。杨靖等（2013）[4]设计了一种基于RS-485总线和短距离无线通信方式相结合的温室环境监控系统；在每个温室内，由无线传感器网络构成一个测量单元（网关节点），各测量单位通过485总线与计算机连接。RS-485接口具有良好的抗干扰性，按其接口组成的半双工网络一般只需二根连线，长的传输距离和多站能力等优点使其成为首选的串行接口，但是RS-485总线的主从和半双工的工作方式难以实现各节点之间的数据交换，且存在效率低、实时性差等问题。
1.2CAN总线CAN总线（ControllerAreaNetwork）即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。胡真明等（2007）[5]设计了基于CAN总线的温室环境单片机测控系统，系统主要由上位机、CAN现场总线、智能测控节点组成，考虑到一般是几栋温室连成一片以及在大型温室里通常都有若干个测控点，基于CAN总线的优越特性、可以将若干个温室的测控点和具有CAN接口的PC机监控站通过CAN总线连在一起。张颖超等（2009）[6]利用CAN总线的特点和性能优势，提出基于CAN总线的温室监测系统的实施方案，采用主从方式，通过CAN总线将每一个独立的监测节点连接起来，实时采集数据传送到上位PC机进行处理；同时自定义了CAN总线通信协议，并给出数据通信流程。为了提高温室控制系统的效率、性能和智能化水平，李晓静等（2010）[7]基于CAN总线，设计了一种结构简单、实用性、可靠性相对较好的温室群控系统设计方案。张丽红等（2011）[8]基于CAN总线设计了温室节水灌溉控制系统，系统能够实现连栋温室内多小区的灌溉自动控制，可集中管理，也可独立控制。相对于RS-485总线，基于CAN总线的分布式控制系统具有以下优势：①工作于多主方式，无主从之分，数据通信实时性强；②节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，总线上其他节点的操作不受影响；③通信直接传输距离可达10km/5kbps，挂接设备数达110个；④报文为短帧格式，并具有硬件CRC校验，传输时间短，出错率极低。
2无线通信方式
与有线方式相比，无线通信网络是一种以数据为中心的自组织无线网络，具有可快速临时组网、拓扑结构可动态变化、抗毁性强、无需架设网络基础设施等优点。常用的无线通信方式有ZigBee、蓝牙、WIFI以及GSM/GPRS技术等。
2.1ZigBee技术ZigBee这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线网络技术，工作在2.4GHz的ISM频段上，符合802.15.4标准，主要用于近距离无线连接。运用这种技术将温室监测系统中的各种电子设备组成一个无线传感器网络，从而方便快捷地对温室环境参数自动监测，这将是温室环境控制的又一突破，具有重大意义。Zhou等（2007）[9]基于ZigBee技术，设计了一个温室监控系统，温室内传感器使用星形拓扑结构，而温室与管理系统之间使用网络拓扑结构。针对温室布线复杂、扩展性差、维护困难等缺点，江儒秀等（2008）[10]提出基于ZigBee无线通信技术的温室环境群控的解决方案，采用JN5121-DKl03模块设计了基于ZigBee树型网络拓扑结构的分布式温室群控系统，并介绍了整个系统的设计方法。Hwang等（2010）[11]利用无线传感器网络组建立了三层温室红辣椒管理系统，传感器、监控相机等数据采集为物理层，传感器管理、数据库服务等为中间层，WEB应用、PDA应用等为应用层。传感器包含环境传感器和生长传感器，环境传感器用于采集植物生长的环境信息，如照度、温度、湿度、风向、风速、CO2浓度、营养液EC、pH等；生长传感器用于测量叶温、茎秆直径、植株高度、体积等的变化。Park等（2011）[12]开发了基于ZigBee的温室测控系统，采集的环境参数包括作物叶片温湿度、环境温湿度和露点测控系统，所有测量数据存储于数据库服务器，并为远程用户提供查询服务。Fukatsu等（2011）[13]采用智能体（Agent）技术实现无线网络节点与Internet的连接，并开发了基于WEB的农田信息监控管理系统。陈勇等（2012）[14]提出了一种基于物联网的农业灌溉监控系统，采用ZigBee无线通信技术实现对地表下植物根部深度土壤含水率进行立体监测。应用ZigBee技术，可以通过无线传输方式实现每个节点温室环境控制器与管控计算机的组网和灵活的网络数据传输，提高了温室群控系统的可靠性和灵活性，并大幅度降低了成本。
2.2蓝牙通信技术蓝牙（Bluetooth）技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距无线接口，使各种设备在无线连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHzISM频段，而且不容易受到外界干扰源的影响。杜辉等（2005）[15]将蓝牙无线通信技术和现场总线技术相结合用于温室群控，环境传感器与温室现场控制器之间通信采用蓝牙技术，而温室现场控制器与中央监控计算机的通信使用CAN总线的方式，以提高系统的可靠性、抗干扰性以及灵活性；并以蓝牙芯片EricssonROK101007和CAN总线为例，阐述了基于蓝牙技术的分布式温室气候监控系统的硬件与软件设计方法。Kim等（2008）[16]利用无线传感器技术设计了一个定点精准线性移动灌溉系统，该系统采用蓝牙技术实现无线传感器网络与基站的通信,并利用GPS技术定位灌溉点。黄晓鹏等（2008）[17]设计一种基于DSP和蓝牙无线传输技术的分布式沼气加热温室控制系统，环境传感器与现场控制器的通信采用了蓝牙技术，采用的DSP处理芯片具有CAN总线功能，克服了温室内部管道和线缆布置复杂以及线缆容易老化、损坏的缺点。贾海政等（2009）[18]基于蓝牙技术设计了一套温室温度自动检控系统，测温点与执行机构(加热器、通风窗)实现无线连接，系统根据作物不同时期对温度的需求，将温度控制在适合作物生长的最适宜温度区，使作物快速、高效生长，提高经济效益。
2.3无线WIFI技术/无线局域网WLANWIFI（WirelessFidelity）网络,符合IEEE/802.11b协议，是由AP（AccessPoint）和无线网卡组成的无线网络，组网方式较为简单，主要优点是无线接入、高速传输以及传输距离远。为管理一组温室，Serodio等（2001）[19]开发了一个分布式数据采集和控制系统，并将多种技术用于数据通信。在每个温室内，底层传感器与控制器的连接采用频率为433.92MHz的无线局域网（wirelesslocalareanetwork,WLAN）。Mizunuma等（2003）[20]开发了一个可以在大田和温室使用的基于WLAN技术的作物生长监测系统，并实现了远程控制，他们认为远程控制策略可以极大提高产量和降低劳动量。马增炜等（2011）[21]设计了一套以集成了WIFI功能和ARM内核的智能温室环境控制系统，实现了通过无线网络对智能温室内温湿度、光照和CO2浓度的采集、汇总、显示和记录。Otoniel等（2012）[22]提出了一种自动监测系统,基于一个低成本WIFI技术的图像传感器，周期性的捕捉和发送农田作物的病虫害信息到远程控制站。温室监控系统充分利用现有普及的WIFI网络资源，有效地提高了无线网络的通信距离和覆盖面积，具有成本低、普及性好、兼容性强、传输带宽、传输速度快、标准化等优点。
2.4GPRS/GSM通信技术GPRS（GeneralPacketRadioService,通用分组无线服务）是一种分组数据承载业务，具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、无距离限制等优点，广泛应用在手持式仪器设备、农业物联网等领域。Mancuso等（2006）[23]在一个番茄温室中设计了一个监控系统，采用无线传感器网络对空气温度、相对湿度、土壤温度等进行测量；并开发了一个基于WEB技术的植物监控应用。当测量快速变化时，报警信息就会通过短消息服务（SMS）或GPRS方式发送到温室管理者手机中。孙忠富等（2006）[24]针对农业对象具有的多样性、多变性、以及偏僻分散等特点，提出了一种基于GPRS和WEB技术的远程数据采集和信息系统方案，将485总线与数字传感器连接，并与监控计算机构成温室现场监控系统，利用GPRS无线通信技术建立现场监控系统与互联网的连接，将实时采集信息发送到WEB数据服务器。李莉等（2009）[25]设计一种结合嵌入式技术、无线传感器网络技术的温室环境信息采集与监测的系统，系统控制终端基于ARM9和嵌入式Linux操作系统进行设计，用于温室环境数据的接收、实时显示和存储，通过GPRS方式实现与远程管理中心的通信。张西良等（2010）[26]构建了三层次无线传感器网络系统，将短距离无线传感器网络通信技术与远程GSM网络技术相结合,以实现无线传感器节点和远程管理计算机之间信息高效无线传输。Antonio等（2011）[27]提出了一个基于无线传感器网络技术的农田信息的数据采集系统，该检测系统由GPRS网络与集成检测电路构成，通过传感器和GPRS通信模块实现数据采集和传输，满足了作物信息实时获取的要求。GPRS通信方式适合远距离并且不具备有线网络的情况下的数据传输，采用包交换的优点是在有数据需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的数据量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式。
3常用通信技术比较
上述6种作为温室监控系统常用的通信方式各有特点，在不同的应用场景下可以发挥各自优势，扬长避短，也可以将这6种通信方式进行组合，达到高效、远程传输的目的。常见的是适合近距离的通信方式和远距离传输的GSM/GPRS结合，刘士敏等（2013）[28]设计了针对温室大棚中温湿度、CO2浓度、光照强度和土壤温度等参数的无线实时监控系统，采用WIFI技术的无线传感器网络对环境参数进行采集，当超过预先设定的阈值时，可以通过蜂鸣器报警和GSM短信息报警。李颖慧等（2013）[29]设计了基于ZigBee的营养液电导率实时测量自组织网络，同时系统集成了GPRS模块，实现了营养液电导率与温度信息的远程传输与监控等功能。有线通信具有高可靠性、速度快、稳定等优点，但布线繁琐、成本较高。无线通信方式具有设备移动性好、不需或只需少量布线的优点，但存在易受环境影响和延迟较大的不足。从发展角度而言，WIFI网络因具有带宽较宽、传输速度快、兼容能力强、抗干扰能力强等优点[30]，将会成为设施农业温室监控系统重要的信息传输方式，也将是温室信息传输技术的重要研究方向。
4结语
制造业是国民经济的物质基础和产业主体,是国民经济高速增长的发动机,是科学技术的基本载体,是国家核心竞争力的重要体现,是国家安全的重要保证[1]。长期以来我国对制造业不够重视,以上对制造业地位的确立是我们几十年血的教训得来的,已经成为制造业学科泰斗们和国家的共识。当前随着经济全球化趋势迅速发展,国际上产业结构调整和产业转移步伐加快,国际竞争更加激烈,这既对我国提出了严峻的挑战,也提供了历史性的发展际遇。数控机床是制造业的工作母机,是制造业的基础和根本。笔者将蓝牙无线通信技术引入数控系统,并对其应用前景进行了有益的探索。
将蓝牙技术与数控系统的结合,可考虑从以下三个方面提升现有数控系统的性能:
(1)实现技术人员对数控机床的无线监控,方便了用户生产和维护。在生产过程中用户方技术人员可以通过便携的蓝牙监控设备对数控设备进行实时监控和干预机床的运行。
(2)通过建立高速无线数据链路提高数控系统的实时自动监控能力。现有数控系统是基于操作者监控的系统。当数控机床进行加工工作时,操作者主要依靠肉眼的观察和自身的经验来判断机床的运行情况并作出适当的干预,例如停止主轴、系统停机等。这一过程是人工的,其最大的缺陷在于实时性差,当操作者发现异常情况时,可能已造成工件的损毁、机床的破坏等无法弥补的损失。通过引入蓝牙技术,在数控主机与蓝牙监控机之间建立高速数据链路,将数控系统的运行参数实时地传送给蓝牙监控机,由监控机实时地、自动地监控和记录数控系统的运行状态并对数控系统主机发送相应的操作命令。
(3)通过蓝牙监控系统对数控系统运行状态的实时和完整的记录提高数控系统的可维护性。提高机床的维护效率,缩短维护时间是提高数控机床利用率和节省人力、资金的重要途径。2003年9月的数据表明我国机床设备利用率在20%～30%之间。蓝牙技术引入数控系统后,通过对系统运行状态的完整保存,得以对故障进行再现、和分析,可以大大提高系统的非机械性故障的维护效率。
1.蓝牙技术简介
蓝牙技术(Bluetooth)是一种短距无线通信技术,其目的是替代数字设备和计算机外设间的电缆连线以及实现数字设备间的无线组网。1998年爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔成立了蓝牙特殊利益小组(SIG),负责制定蓝牙规范。
蓝牙规范规定了蓝牙应用产品应遵循的标准和需要达到的要求。到目前为止,SIG已经颁布的蓝牙规范有110、110B、111三个版本,目前最新的111版本于2001年4月公布。蓝牙规范由两部分组成:蓝牙核心协议、蓝牙应用框架。
蓝牙技术产品体积小、功耗低,可以方便地集成到几乎任何数字设备中。使用的产品包括手机、PDA、笔记本电脑、打印机、数码相机等。蓝牙无线技术的应用大体上可以划分为替代线缆(CableRe2placement)、因特网桥(InternetBridge)和临时组网(AdHocNetwork)3个领域。
2.技术路线分析
蓝牙技术是现今技术最复杂的一种无线通信技术。蓝牙技术的复杂性并不体现在它的硬件上而是体现在其协议本身的庞大和兼容性上。要实现以蓝牙为数据链路的应用,技术路线的探索和确定是一个关键环节。
根椐数控系统的整体设计要求,系统平台为WindowsNT操作系统。研究的总体目标是“以蓝牙无线通信技术为传输载体,实现数控主机与PC和便携设备的互连,完成数据在数控主机与PC及便携设备的互传,以实现对数控系统的实时监控和高效率维护。”在总体目标确定的情况下,在组织研究的基础上确定了以下三种技术路线:
(1)独立开发蓝牙的HCI层以下协议栈以及上层独立的通信协议,在此基础上完成系统控制和收发模块的开发工作,实施对接后完成整个开发工作。这一方法无疑是最具吸引力的一种方法。其优点有:
①可以独立掌握蓝牙的核心技术;
②蓝牙的所有指令可以在控制模块中直接得以执行,我们可以直接控制蓝牙设备的工作状态、设备连接、通信速率和通信时机;
③减少HCI层以上的协议层,加快程序执行速度。
这种方法所需的工作量极大,蓝牙设备的驱动程序、HCI层以下协议栈和HCI上层控制模块在短时间内独立完成。
(2)利用第三方提供的蓝牙开发平台,开发出所需的通信模块。这种方法的优点是开发周期短、开发难度低,但需购买蓝牙开发平台。
(3)利用蓝牙市场上成熟的蓝牙设备,以蓝牙的RFCOMM上层协议栈为平台,开发蓝牙通信模块。
这种方法的优点是投资少、开发相对容易。
我们对第一种方法和第三种方法都做了研究,在综合考虑后最终采用第三种技术路线开发成功,其通信模型如图2。
3.系统设备选型及网络组织
3.1蓝牙的拓扑结构蓝牙支持点对点和一点对多点的通信,最基本的网络组成是微微网。微微网由主设备单元和从设备单元两种设备单元构成。主设备单元负责提供时钟同步信号和调频序列。而从设备单元一般是受控同步的设备单元,并接受主设备单元的控制。在同一微微网中,所有设备单元均采用同一调频序列。每个从设备单元的起始频率和占用信道由主设备单元控制。一个微微网中,一般只有一个主设备单元,而从设备单元目前最多可以有7个。不同的微微网之间可以互相连接。
设备选型要想实现数控系统与蓝牙监控系统之间的数据传输,数控系统和蓝牙监控系统上必须有相应的蓝牙硬件。设备选型涉及到数控系统和蓝牙设备软硬件,整个系统必须能够紧密配合,否则无法实现系统的整体功能要求。系统的设备选型决定了整个系统的硬件成本、开发平台、软件开发难度、开发周期等一系列问题,是一个系统工程,关系到整个系统的研发成败。设备选型主要集中在数控系统本身蓝牙设备的选型和蓝牙监控设备的选型上。
在数控系统本身的设备选型上,我们采用了IPC+蓝牙USBDongle的硬件组合,它具有以下优点:
•系统的成本低。IPC和蓝牙USBDongle都是成熟的工业产品,销售渠道多采购方便,采购成本低。
•便于开发平台的选择和统一。IPC严格符合业界的各种PC机标准,PC机的操作系统和丰富的软件开发平台都可以使用。蓝牙USBDongle符合蓝牙1.1技术规范,蓝牙丰富的上层协议为我们实施开发提供了丰富的协议接口。
•蓝牙USBDongle与数控IPC是独立的硬件,大大增加了硬件的灵活性,避免了硬件的独特性给采购带来的麻烦。
蓝牙的固定监控主机基本与数控系统本身的相同,可以采用IPC+蓝牙USBDongle或笔记本PC+蓝牙USBDongle的组合。
基于以下几点,蓝牙移动监控设备采用了HPiPAQPocketPCh5450PDA:
•简化了开发平台的选择和开发。该PDA采用MS的PocketPC210(即WindowsCE310)操作系统,该系统支持主流的X86系列微机在WindowsNT下软件的嵌入式版本,软件资源丰富。因此软件开发平台可选择免费eVC或eVB,而避免了其它主流嵌入式操作系统如PalmOS和Linix所带来的软件资源不够丰富,节省了昂贵的开发平台采购费用。
•该PDA集成了符合蓝牙协议规范111标准的蓝牙模块,避免了PDA上蓝牙设备的开发和选型问题。
•HPiPAQPocketPCh5400PDA采用了ARM体系结构的IntelmPXA250应用处理器,它的主频为400MHz。该系统功耗低、性能高,能够满足蓝牙监控系统要求的系统运行速度。
•HPiPAQPocketPCh5400PDA的系统操作界面与主流的Windows操作系统的界面布置和使用方法相似,界面友好、便于操作。便于使用人员的培训和使用。
整个硬件系统的硬件组织和网络拓扑结构见图4。
4.系统软件结构模型及功能
软件结构模式是指软件的组织管理方式,即系统任务的划分方式、任务的调度机制、任务间的信息交换机制以及系统的集成方法等。研究结构模式是为了解决CNC系统软件集成的问题,也是开发新系统首先要解决的问题,是决定数控系统开发的成败和性能高低的第一要素。系统的整体软件结构模型见图5。
数控系统是基于WindowsNT的全软件型数控系统,软件构架采用“线形系统结构”,这种软件结构具有结构简单、系统模块化程度高、开发维护简单等优点。数控系统与蓝牙结合并实现实时自动监控的首先要解决的问题是实时数据的高速实时采集。通过将蓝牙数控模块嵌入数控全软件数控系统的位控、速控模块,问题就得到了很好的解决。系统运行过程中,蓝牙收发模块将位控模块采集的数控机床的各传感器的信息和机床的运动坐标状态实时地发送到蓝牙监控系统的蓝牙数据收发模块,蓝牙监控系统的蓝牙数据收发模块将发送过来的数据分别送入实时自动监控模块,实时自动监控模块对运行的状态信息按一定的监控算法进行分析检查,如发现有异常则发送指令回CNC部分完成对机床的控制,实时监控模块负责将系统的状态数据存入状态数据库。同时,故障自动检测模块调用系统信息数据库中的机床实体三维信息和被加工工件的三维实体信息结合机床的实时加工状态信息检测可能发生的故障,并实施自动干预措施。人工干预模块是一个人工干预命令集合,在加工过程中技术人员可通过该模块人工发送指令,控制机床的工作状态和实时修改加工参数。故障回放模块是一种事后处理系统。数控系统和蓝牙监控系统之间的工作是相互独立地实时并行工作,因此无论CNC部分发生怎样严重的故障,并行部分都能完整的记录系统的状态信息。故障回放和故障仿真模块调用系统状态数据库中的信息,完成其对机床故障的重现,帮助技术人员排除故障、积累避免故障的经验。
5.实现及结论
1.1煤矿安全监控系统组成结构和工作原理分析
（1）利用传感器信息装置将检测到的物理量转化为电信号，电信号可以依据运行情况对其进行诊断，当出现问题时会及时的对其进行预报且显示问题所在原因。
（2）电信号必须通过显示设备将其作业状况完整的显示出来，然后转化为可控的传输信号，对其实时掌握。
（3）通过预先设置好的接收方式对信号进行接收，通常情况下，采取分站接收然后复用信息将其传输在主站上加以显示。对于分站来讲，它必须将接收到的信息加以整合、分类，对简单数据进行校验，防止不准确信息被利用，这样不仅仅会造成一定损失，且会增加发生事故的概率，所以在进行传输主站前，必须对信息进行准确的掌握。
（4）电源箱是确保煤矿安全监控系统正常运行的主要交流电源，它能确保在临时停电的基础上让煤矿安全监控系统可以有效的运行，维持正常的基本用电量且供电量大于二小时的蓄电量。
（5）主站在接收信号的同时，要对其信号进行及时的处理。传输接口在确保接收信号后，要再次将主站整理好的信息传输至相应分站。从某种角度上而言，传输接收器具备了分站与总站相互传输信号及自动检验、调节等功能，所以使用过程中不容忽视。
（6）主体正常运行的前提下，要利用计算机对其进行掌控，主机的主要作用是联网、控制输出打印、控制输出、人机的对话、声光的报警、显示、磁盘的存储、统计数据、判别报警、校正、接收检测的信号等。
1.2煤矿安全监控系统的作用
第一，通风及瓦斯监控，也就是监测局部的通风机停开（特别重要）、风筒的状态、风门的状态、馈电的状态、风压、风速以及甲烷的浓度等。一旦局部的通风机掘进巷道出现停风状况或出现停止运行现象时或瓦斯出现超限时，相应的煤矿其安全监控的系统就会自动切断各自区域电源，同时闭锁与报警，这一措施可以达到以下目的：
（1）规避与降低了因电气设备违章作业或失爆、或电气设备出现故障的危险温度或电火花导致瓦斯爆炸的发生率；
（2）规避与降低了运、掘、采等设备在运行状态下因危险温度或摩擦碰撞出火花而导致的瓦斯爆炸的发生率；
（3）可以起到提醒作用，督促生产的调度员、领导及时把工作人员安置到安全位置；
（4）督促生产的调度员、领导及时处理好事故的安全隐患，提前预防瓦斯爆炸事故的发生。
第二，瓦斯抽放系统的监控。
（1）监测抽放管路里阀门开度、温度、压力、流量、甲烷的浓度以及一氧化碳浓度等各管道的参数；
（2）对瓦斯抽放泵站室里甲烷的浓度以及井下临时的抽放瓦斯泵站其下风侧的栅栏外的甲烷浓度环境参数进行监测；
（3）对抽放泵轴温、抽放泵的真空度以及电机温度等进行监测；
（4）监测冷却水池的水位、水温以及水压与水量等供水的参数；
（5）监测功率因素、电压、电流等供电的参数；
（6）对供气管道其供气阀的开度、流量、甲烷的浓度、温度、正压等供气的参数进行监测；
（7）监测密封的水温、密封的水位、罐内其甲烷的浓度、罐压和罐高等储气罐的参数；
（8）对瓦斯抽放供水、阀门、泵等状态进行监测；
（9）对瓦斯抽放纯瓦斯量和混合量进行监测；
（10）对瓦斯抽放阀门与泵进行控制。第三，煤矿安全监控系统可以有效的对火灾进行实时监控，了解火灾发生的原因及火灾过程中烟雾、二氧化碳的浓度及温差变化，这样就能有效的控制火情，降低风险的蔓延、扩大。第四，监控系统可以有效的对瓦斯做出预警报警信息，从而将瓦斯所处的地质信息进行分析，进一步提高防治风险发生的预警能力。第五，针对往期事故的发生要对其进行调研，依据事故发生原因进行经验总结，这样不仅仅能够为其提供参考依据，更能为日后同类事故的发生提供预防预警的作用，所以针对每次煤矿事故的发生都要进行系统检测。
2煤矿安全监控系统技术管理的应用
暖通空调软件可以按用途分为辅助绘图（CAD）软件、设计计算软件和模拟分析软件，按其与Internet的关系可以分为离线应用软件和Internet在线应用软件，这些软件共同构成了暖通空调领域一个重要的发展方向，本文就这些软件本身及其发展作一个简要的回顾。
自1946年第一台电子计算机诞生以来，科学技术发生了一场深刻的革命，计算机不仅有惊人的运算速度和很高的计算精度，还具有记忆、判断等功能，同时计算机软件技术也在的不断发展和完善，计算机及其软件的可靠性和应用性越来越高，它们已成为人们工作和生活中不可或缺的工具。暖通空调软件在暖通空调系统设计、暖通空调设备生产等方面得到了广泛的应用。
暖通空调软件最早应用于暖通空调设计和制造领域的计算机辅助设计，目前，暖通空调CAD和设计计算软件已经取得了很大的成就，暖通空调设计专家系统软件已经用于暖通空调系统的设计和决策，能耗分析软件、气流模拟CFD（计算流体力学）软件的应用使设计人员在大楼建成之前就能对暖通空调系统的运行工况和能耗情况进行模拟，从而据此选择最优的设计方案。
不难发现，暖通空调软件经历了一个从简单到复杂、从粗糙到精细、从面向过程无友好程序界面到面向对象界面友好、从离线到网络的发展过程，随着计算机软件技术和网络技术的不断发展，暖通空调的软件也更加完善，更好地为暖通空调工程师服务。我们应该跟上时代的步伐，及时地充分利用计算机软件技术，使暖通空调技术的发展不断推向前进。
2、暖通空调软件技术
2.1暖通空调辅助设计软件
暖通空调辅助设计软件包括辅助绘图（CAD）软件和设计计算软件，就我国的情况来说，暖通空调辅助设计软件的发展大致经历了三个阶段：起步、发展、成熟。
1）起步阶段（20世纪70年代左右）
各大学和研究单位研制开发一些符合国情的暖通空调程序软件库，但多为局部性的，覆盖面不宽，水平也有限。
2）发展阶段（20世纪80年代左右）
国家出资研制开发《建筑工程设计软件包》（BDP），作为国家“六五”科技攻关项目，该软件于1986年5月通过国家（部级）鉴定，被誉为当时具有国际水平的优秀软件，并在此后的数年里，在国内得到了较为广泛的应用。与此同时，也有一些CAD软件出现。
3）成熟阶段（20世纪90年代）
Windows的出现，以及AutoCAD的推广应用，各种空调CAD软件涌现，并得到日益广泛的应用。1995年3月，我国第一个在Windows环境下开发的暖通空调设计计算软件EasyHVAC（同济大学）投放市场，它一出现即受到设计人员的青睐，1998年，该软件又推出了辅助绘图版本EasyHVACCAD.我国的空调辅助设计软件正日益走向成熟和完善，2001年7月，上海华电源信息技术有限公司和上海现代建筑设计集团共同开发的HDY-SMAD空调负荷计算及分析软件将暖通空调设计计算软件推向了新的，该软件通过了上海市建设和管理委员会的鉴定，专家一致认为该软件部分功能填补了国内同类计算软件的空白，总体设计达到国内领先水平，该软件具有如下区别于其它软件的新的功能和特点：
1）内嵌215个城市和地区的气象资料，并具有城市扩充功能，能够计算各个城市和地区的全年逐时室外干球和湿球温度、太阳辐射强度。
2）在不同的设计阶段，由粗到细提供6种不同的空调负荷计算方法，用户可根据需要自由选择。
3）能够对冬季空调热负荷进行逐时计算，并且可以将冬季的人员、照明和设备得热产生的负荷从空调热负荷中扣除。
4）强大的楼层组管理功能，支持多个标准层。
5）独特的工作时间表设定和指派功能，支持不同日期具有不同的上班模式，以及不同时间的不同上班模式，无缝处理间歇运行空调系统。
6）应用动态焓湿图（HDY湿空气分析大师）能自动对一次回风系统自动进行冬季和夏季工况，HDY湿空气分析大师能够分析和计算各种空调系统和工况。
7）利用东方空调网的暖通空调设备数据中心，得到各个厂家的最新空调设备资料，用于空调设备的选择。
8）可以输出14种文件类型：封面、建筑概况、室外气象资料、室内设计参数、围护结构参数、空调负荷计算方法及公式、空调负荷详细计算参数、空调负荷统计数据、空调负荷逐时数据、空调工况分析结果、楼层组管理文件、回风系统划分文件、新风系统划分文件、设备选择结果。
暖通空调辅助设计软件的应用范围不限于暖通空调工程的设计，它还用于暖通空调新产品的开发。暖通空调设计专家系统也取得了较大的成果，它能给出特定建筑物的暖通空调系统和暖通空调设备的各种可能的设计方案，并评判它们的优劣，从而可以得到最好的设计方案。
2.2暖通空调能耗分析软件
暖通空调辅助计算软件解决了辅助绘图和设计计算等较简单、静态的问题，但是暖通空调系统是一个随建筑类型和室外气象条件动态变化的复杂系统，暖通空调工程在设计时要考虑节能和环保，在运行时也要考虑节能和环保，因为在暖通空调运行期中大部分时间中其负荷条件是不同于设计条件的。采取一定的技术和管理措施使暖通空调系统的运行适应负荷动态变化，尽量避免不必要的能耗，这是暖通空调节能的重要方面，要做到这一点，必须对暖通空调系统的全年动态能耗进行模拟分析，从而准确地制定相关的优化方案。因此暖通空调能耗分析软件也就应运而生了。
暖通空调能耗分析软件，能够对已经建成的和将要建造的大楼暖通空调系统的运行进行全年负荷动态分析、能量消耗模拟和技术经济分析，设计人员可以由此判断空调设计的优劣，并提出空调系统的最佳控制和管理办法。
美国和英国等发达国家在20世纪70年代就开发出了暖通空调能耗分析软件，例如美国能源部开发的DOE软件，英国的ESP-r软件，并在美国和欧洲得到了广泛的应用。2001年，作为DOE软件和BLAST软件的升级版本，美国能源部又开发了EnergyPlus软件，该软件集中了美国政府在建筑环境与设备领域的投资所产生的世界上最先进的科研成果，有10来个美国大学和公司参与了该项目的研究，最终由美国加州伯克利大学LawrenceBerkeley国家实验室（LBNL）发行。建筑能量模拟已经在美国和发达国家中普及，预计在未来2-5年内，将在中国推广和普及，相关的建筑节能标准正在加紧制定，从而为能量模拟软件的推广做好了政策上的准备。目前国内的能耗分析软件有清华同方股份有限公司开发的DEST软件（基于AutoCAD）和上海华电源信息技术有限公司与上海现代建筑设计集团共同开发的HDY-SMAD空调负荷计算及分析软件（直接基于Windows，V2.0以上版本可进行能耗分析），后者具有以下的主要功能和特点：
1）采用谐波反应法计算墙体得热，采用热平衡法计算房间负荷，能够计算全年8760h的逐时负荷。
2）同时对建筑物和空调系统设备进行模拟分析，设备运行结果可反馈到空调系统中进行负荷的反馈计算。
3）对空调负荷的强大的统计和分析功能，弥补了国内同类软件的空白。
4）基于Internet的网上空调设备选择功能。
5）中英文两种输出方式。
2.3气流模拟计算流体力学（CFD）软件
空调系统设计的效果与室内气流组织密切相关。好的气流组织方式能够使空调房间的温度、湿度和速度很容易地符合设计要求，反之，差的气流组织方式可能根本就达不到设计要求。因此，在空调系统设计完成之后施工之前，预测空调系统的气流组织状况就很重要。在以往的研究中，只能用模型实验的方法研究几种典型送回风方式的气流组织状况，获得一些简化的计算公式，并将它们套用到类似的设计中去，但是，它们的精度和使用范围都不能令人满意，尤其当遇到一些特殊难题，如高大空间的气流组织、车间有害气体浓度场分布、室内不同障碍物情况下的气流流动规律等等便无法解决。正是在这种情况下，基于计算流体力学（ComputationalFluidDynamics）的空调系统气流模拟软件发展起来了。
气流模拟软件的发展经历了以下几个阶段：
1）从简单的单个送风口气流状态，到多风口相互影响下的室内气流组织；
2）从二维到三维；
3）从稳态到动态；
4）从层流到紊流；
5）从简单的边界条件和初始条件到复杂的边界条件和初始条件；
6）从单纯的数值计算，到图文并茂的计算和前后处理一体化软件。
比较著名的气流模拟软件有SIMPER、PHOENICS等等，另外很多商业计算机公司，如IBM，也开发了与建筑配套的空调系统气流模拟软件。由于气流模拟的计算复杂，以前大多在工作站或大型计算机上开发，随着微型计算机速度的提高，现在已经有了微机上的气流模拟软件。
气流模拟计算方法以计算机为运算工具，其最大优点是成本低，实践表明，计算机运算的成本要比相应的模型实验低许多倍，随着被研究的物理对象越来越大和越来越复杂，这个优点将更显著；其次是速度块，用计算机运算，设计人员可以在很短的时间内设计对比许多不同方案，从中优选出最佳设计，而相应的模型实验则需很长时间；第三是具有较强的模拟真实条件的能力，它的计算空间不受限制，无须缩小几何比例，而模型实验就难以办到。不过数值计算结果的可靠性主要依赖于数学模型和计算方法的正确程度，故不如实验方法那么直观可靠，因而必要时还须将两种方法结合使用。
2.4基于Internet的空调系统远程监控软件
随着Internet技术的飞速发展，人们通过Internet对世界各地的空调系统进行远程监控已经成为现实。杭州华电华源环境工程有限公司和上海华电源信息技术有限公司共同开发的冰蓄冷空调远程监测系统已经实现了对冰蓄冷空调工程现场的全自动监测，具有以下的功能：
1）管理人员通过Internet能够在任何地方通过密码登录后对各地的冰蓄冷现场控制系统实施远程监测；
2）各地的冰蓄冷现场控制系统能够及时地向管理人员发送运行数据；
3）管理人员能够通过浏览器对各地工程的反馈信息，进行统计整理和比较，并进行故障诊断。
我们相信，在不久的将来，基于Internet的常规空调系统远程监控和故障诊断将成为必然的发展趋势。
2.5基于Internet的暖通空调电子设备手册
暖通空调专业是一个设备应用专业，设备的正确选用和布置是工程设计最关键的环节。由于目前设计人员主要是通过设备手册和设备样本来获取设备的信息，这样获取的数据难以及时更新，查阅起来也不太方便，因此，上海华电源信息技术有限公司提出了开发基于Internet暖通空调电子设备手册的设想。
基于Internet暖通空调电子设备手册，除具有常规设备手册的基本功能（具有设备的使用和安装说明，用户可以查阅）外，而且具有以下常规设备手册所不具有的功能和特点：
1）提供各类设备专门的选型程序，根据用户提交的设计参数，可以迅速从设备库中检索到符合条件的一组设备，显示各自的设计人员关心的数据，利于用户对这些设备进一步的比较和分析。对于某些设备，并提供一些必要的计算和分析功能，简化用户的选型。
2）能够直接根据用户选定的设备生成或调用相应的CAD图形（三视图）。
3）上述功能既能在常规的操作系统和CAD环境下实现，又能在Internet上实现。
4）制定了暖通空调所有设备的标准数据库格式，统一了各生产厂家提供给设计人员的样本的格式，利于设计人员进行分析和比较。
5）各生产厂家可以随时在网上对其产品数据和图形进行更新，从而保证设计人员所得到的产品资料永远是最新的。
目前，该暖通空调电子设备手册已经有Internet、Windows和AutoCAD三个版本的软件产品，Internet版本的产品可以在东方空调网上的数据中心运行。
2.6专业Internet网站的涌现
互联网已经成为暖通空调专业信息交流的一个重要渠道，因此至今已经涌现出了一大批的暖通空调专业和企业网站。目前，各大设备生产厂家均有自己的企业网站。国内比较著名的暖通空调专业网站有东方空调网、暖通空调信息网、中国空调制冷网等，其中东方空调网除提供信息服务外，还提供设计资询和各种暖通空调专业软件的开发和外包服务，及附加技术服务。可以预见，随着人们对互联网络认识的深入，暖通空调专业网站将成为人们日常生活中不可缺少的一部分，暖通空调专业也将随着Internet的发展而进入一个崭新的发展阶段。
充电控制板和放电检测板单片机实现的功能简单，程序量也很少，不再详述。下面重点介绍主控板的监控程序设计。 控制思想和策略工程现场使用的直流电源基本上都由交流电源转换而来，而交流电源可能出现断电的情况。为保证交流电源断电后监控系统仍然能持续工作，增加了后备电源，其主要载体就是蓄电池。蓄电池的剩余电量直接关系到整个监控系统的持续工作能力。充电和剩余电量评估现场的交流电源发生断电的情况是不可预测的。
为保证有足够的剩余电量供下一次断电后使用，要求放电后的蓄电池在交流电恢复后尽快完成充电，因此需要适当提高充电电压以实现快充；但充电电压过高会对蓄电池的寿命造成损害，因此在剩余电量较高时应采取较低电压进行浮充。在整个充电过程中，充电电压应该是不断变化的。主控板单片机综合蓄电池剩余电量信息、蓄电池温度信息改变充电电路的目标电压，并将其下发给充电控制板；充电控制板以PWM方式改变充电电压，检测实际电压并上报主控板。在充电过程中，主控板实时检测充电电流，采用积分的方法统计充电量；在放电过程中，实时检测放电电流，采用积分的方法统计放电量；结合充电量和放电量以及蓄电池的总电量，可以评估蓄电池的剩余电量。温度检测和告警温度是蓄电池的一个重要参数，它可以间接反映电池的性能状况。根据检测的温度参数可以对电池进行智能化管理，以延长电池的寿命。
需要实时检测蓄电池温度，为充电控制提供参考；在温度过高或持续处于高温的情况下，发出相应告警。总电量的重新评估蓄电池在使用过程中，其总电量不断下降，下降到一定程度后，蓄电池应该及时报废。所以，需要定期重新评估蓄电池总电量。蓄电池总电量的评估过程：使蓄电池充分充电后开始放电，并按积分法计算总放电量，即新的蓄电池总电量。在蓄电池总电量评估过程中，也可能发生交流电源断电的情况。为保证系统的持续供电，应对蓄电池组进行备份，所以蓄电池管理系统包含2组独立的蓄电池，且每组蓄电池都能保证提供电量的持续供应。对一组蓄电池进行总电量评估前，应该保证另外一组蓄电池处于饱和状态。遥控输入和数据保存通过现场遥控输入的方式可修改部分控制参数以及告警门限，并保存在FALSH中，实现断电保存。