竖井冻结温度场测试计算机集散系统.pdf

中国矿业大学学报990 6 15 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG T ECH NO LO G Y 1999年 第2 8 卷 第6 期 Vo l . 2 8 No . 6 1999 竖井冻结温度场测试计算机集散系统 岳丰田 戴仪燮 彭连海 王然芳 齐吉龙 摘要 冻结温度场测试计算机集散系统综合采用了计算机技术、通信技术、显示技术和控制技 术；采用了分散控制、集中操作、分级管理和分而自治的设计原则. 实现了冻结温度场的数据采集、存 储、分析及远距离传送. 其软件包可绘制零度面扩展图、交圈图及冻结孔平面布置图等，对及时准确地 掌握冻结温度场的状态有重要意义. 关键词 冻结，温度场，测试，集散系统 中图分类号 T D 2 6 5. 3； T P 2 7 3 Distributed Computer Testing System of Shaft Freezing Temperature Field Yue Fengtian Dai Yixie Peng Lianhai Wang Ranfang Qi Jilong College of Architecture and Civil Engineering, CUMT, Xuzhou, Jiangsu 221008 Abstract Computer technique, communication technique, display and control technique are used in the distributed computer testing system of shaft freezing temperature field. Some design principles, such as separation control, muster operation and classification management are adopted in this system. Data acquisition, data store, data analysis and far-distance transmission of freezing temperature field are achieved by the system. It’s software package can draw zero side expanding figure, circle intersect figure and plane disposal figure of freezing hole ect. It is of great significance for knowing the accurate state of freezing temperature field quickly. Key words freezing, temperature field, testing, distributed system 冻结温度场是冻结凿井技术的基本研究课题之一［1］，冻结温度场的各种参数对冻结壁厚度计 算、井筒开挖时间的确定及冻结站制冷能力的计算等问题都是不可缺少的. 冻结温度场属于相变、带有 移动边界的不稳定导热问题，其求解极其困难，至今还没有完善的理论解. 所以，一般多采用相似模 拟、数值计算及现场实测的方法对其进行研究. 由于现场实测能够比较真实地反映冻结温度场的实际情 况，故这一实测技术常常被施工现场所采用. 冻结温度场的测试在冻结井施工中极为重要，我国多年来一直沿用热电偶（铜-康铜）加检流计或 电位差计及手动多路转换开关测温系统［2 ］，数据需人工进行计算和整理, 测试繁琐费时, 因此，需要一 种既简单可靠适合现场使用，又高度自动化的冻结温度场测试系统. 针对冻结测温的实际要求，我们研制了“竖井冻结温度场测试计算机集散系统”，该系统综合采 用了计算机技术、通信技术、显示技术和控制技术（简称“4C”技术），有分层分级的结构形式. 由于 采用了分散控制、集中操作、分级管理和分而自治的设计原则，计算机与现场是充分隔离的，现场干 扰影响不到计算机. 智能工作站放置在现场并采用串行通讯的方式与上位计算机进行通讯，一台上位计 算机可控制16 台智能工作站. 智能工作站与现场传感器之间采用模块式连接，这样就使得现场测点分散 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 15. h t m （第 1／4 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 57 中国矿业大学学报990 6 15 到各模块，模块分散到智能工作站，构成分级机构形式. 某一测点或某一模块出现故障只影响相关部 分，对整个系统没有影响. 由于智能工作站专为现场使用而设计，工作可靠抗干扰能力强，并可直接与各种传感器连接而不 需要其它变送器或外加调解电路，使用方便可靠. 系统由硬件和软件两大部分组成，分述如下. 1 硬件系统 硬件由计算机、调制解调器、光电隔离器、智能工作站、通道扩展箱、接口模块、传感器及打印 机等组成 见图1 . 1. 1 计算机、打印机 本系统计算机采用奔腾58 6 , 配有32 兆内存, 2 . 5 G 硬盘, 15英寸彩色显示器及8 倍速CD -RO M 和机械鼠 标等, 打印机为LQ 16 0 0 K 型针式打印机. 1. 2 调制解调器 调制解调器（M O D EM ）是把数字脉冲信号转换成在电话线上传送的音频模拟信号的一种装置 ［3］. 有了调制解调器就可通过电话线将两台相距很远的计算机联系起来，彼此之间就可以发送、接收 各种文件和图文信息，也可将现场测试数据通过电话线发送到任意指定地点的计算机或传真机，施工 现场的技术人员可将测试数据和文件每天定时发送至上级机关，这对于施工现场距离机关比较远的情 况尤为方便. 本系统采用内置式调制解调器，最大传输数率33. 6 k p b s ，线性阻抗6 0 0 Ω，与计算机接口RS- 2 32 C，声音可以48 0 0 , 7 2 0 0 , 8 0 0 0 , 96 0 0 及110 2 5波特率传输. 图1 系统框图 Fi g . 1 Bl o c k d i a g r a m o f t h e s y s t e m 1. 3 光电隔离器 当两台计算机或通讯设备之间通过RS-2 32 C接口联结时，如果接地有电位差，则地电位差和地电流 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 15. h t m （第 2 ／4 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 57 中国矿业大学学报990 6 15 的噪声是不能忽视的问题，情况严重时，该电位足以毁坏设备. 另外，在RS2 -2 32 C标准的数据通讯设备 之间由于通讯口标准的限制，其通讯距离只能达到15 m ，在很大程度上阻碍了设备之间灵活的联网 通讯. 光电隔离器可有效地隔离通讯设备两端，确保设备之间没有电接触，有效地保护设备，提高系统 的抗干扰能力［4］. 使用光电隔离器可将RS-2 32 C接口的通讯距离延长至数公里，光电隔离器从设备上 获取信号电源，并采用光电隔离及差分传输技术，使两台设备之间不共地，能有效地防止干扰，确保 设备安全. 传输线仅为普通四芯电缆，可节省花在传输线上的大量费用. 1. 4 智能工作站 智能工作站是由微处理机控制的、智能型与计算机全兼容的数据采集、记录器，由计算机控制， 智能工作站把模拟信号和数字信号转换成适于输入到计算机的形式，同时也从主计算机接受指令，把 它转换为模拟信号或数字信号输出，每台智能工作站通过接口模块与现场测点相联，每台上位计算机 可控制15台智能工作站，每台智能工作站可带6 个通道扩展模块，每一通道扩展模块可接36 个测点，整 个系统最多可接32 40 个测点. 2 软件系统 有了合适的硬件，必须配备功能强大，使用方便的软件才能充分发挥硬件的功能，因此， 我们研 制了“竖井冻结温度场测试计算机集散系统”软件包，其结构框图见图2 . 该软件包有如下特点 1 菜单 式用户界面, 人机对话方便，数据自动打印、存储. 2 能给出任一时刻主面、界面温度分布、交圈时间和 控制层位井帮温度等. 3 能根据盐水流量值算出任一时刻输送到井下冷量. 4 绘制给定层位的交圈图及冻 结孔布置平面图. 图2 软件包结构框图 Fi g . 2 T h e f l o w d i a g r a m o f s o f t w a r e p a c k a g e 3 结论 竖井冻结温度场测试计算机集散系统的应用大大缩短了测温时间、提高了测温精度，测试数据的 远距离传送给上级机关对现场施工的指导、监督提供了方便并提高了冻结法施工的水平. 该系统在硬件、软件上有以下特点 1 在硬件上，完全实现了冻结凿井温度场测试的自动化，测温不需人工干预，系统采用模块化结 构，维护方便，可将智能工作站挂在地沟槽边，接线方便、集中，通过调制解调器实现数据远距离传 输，实现了零点温度自动补偿. 2 在软件上，软件包采用分层中文菜单，结构清晰，人机对话易学易用，在菜单的指导下，用户 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 15. h t m （第 3／4 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 57 中国矿业大学学报990 6 15 经短期培训即可熟练使用，图形全部为参数绘图，参数输入简单易学，图形修改方便快速，大大提高 了冻结法设计的效率. 作者简介 岳丰田, 男, 196 3年生, 工学硕士, 讲师 作者单位岳丰田 戴仪燮 彭连海 王然芳 齐吉龙 中国矿业大学建筑工程学院 江苏徐州 2 2 10 0 8 参考文献 1 王建平，王文顺，史天生. 人工冻结土体冻胀融沉的模型试验. 中国矿业大学学报，1999, 2 8 4 30 3 ～30 6 2 翁家杰. 井巷特殊施工. 北京 煤炭工业出版社，1991. 52 ～55 3 胡继阳. 调制解调器应用. 北京 学苑出版社，1995. 14～2 1 4 刘惠彬. 测试技术. 北京 航空航天大学出版社，198 9. 2 6 6 ～2 7 0 收稿日期1999－0 5－2 5 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 15. h t m （第 4／4 页）2 0 10 -3-2 3 15 58 57