论文部分内容阅读
摘要：根据目前我国矿井提升机性能检测装置的现状和煤矿安全规程要求，研究了提升机性能检测装置中采用的测试方法和技术，开发了基于LabVIEW的提升机控制系统性能检测装置，并给出了测试结果。现场使用结果表明，利用虚拟仪器开发的检测装置测试能够精确高效地完成测试工作，能够满足当前提升机性能检测的需要。
关键词：提升机；检测装置；虚拟仪器
引言
提升机是矿井生产的“咽喉”，其性能好坏直接关系着煤矿生产效率和生产人员的人身安全。按照《煤矿安全规程》规定，必须定期进行提升机性能参数的全面测定，并进行系统分析，以保证提升机处于良好的运行状态。目前现场多采用万用表、示波器、秒表等分离式测量仪器进行检测，存在人为误差、仪器误差和系统误差，这些误差严重影响了系统的检测效果。本文在对提升机电控系统进行综合分析研究的基础上，对提升机安全性能的测试方法进行研究，提出切实可行的安全测试方法和措施，通过使用虚拟仪器，开发出基于LabVIEW的提升机安全性能的检测装置，方便现场对提升机控制系统的安全性能进行测试和评价。
1. 检测装置硬件设计
1.1.虚拟仪器
虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）就是用户在通用计算机平台上，根据需求定义和设计仪器的测试功能。影响最大的虚拟仪器编程语言是美国NI公司的LabVIEW。LabVIEW是目前国际上唯一的编译型图形化编程语言（G语言），拥有完善的通信接口、良好的用户界面和强大的函数库。同时，LabVIEW继承了高级编程语言的结构化和模块化编程的优点，支持模块化与层次化设计，这种结构的设计增强了程序的可读性。
1.2. 硬件设计
基于LabVIEW 的提升机控制系统性能检测装置由监测对象、传感器、数据采集卡、上位机、LabVIEW软件等构成，对电机电流、速度、液压站压力和闸瓦间隙等参数进行在线监测，实现数据采集与控制、数据分析与处理及结果显示等功能。系统原理如图1 所示。
图1检测装置系统原理图
为实现上述矿井提升系统检测功能，首先进行硬件部分的设计与选型。
1.2.1.速度测量系统：提升机的速度曲线是运行正常与否的一个重要参数，旋转体速度的测量一般采用测速发电机方式，也可以采用轴编码器方式。对于安装了光电编码器的提升机，其速度信号可从测速编码器的输出取提升速度信号。未装编码器的提升机从测速发电机取速度信号，由于测速发电机的电压与提升容器实际速度有差别，需要对实际速度进行标定。为准确测量提升速度，在可能的情况下应从安装在低速轴上的速度传感器上获得速度信号，以避免减速器抖动等因素的影响 。
1.2.2.闸瓦间隙测量系统：采用非接触专用涡流位移传感器和模拟信号处理线路，闸瓦间隙一次测量过程时间较短，根据测量系统动态特性的要求，要求传感器的动态特性必须满足10倍的被测试系统动态特性的要求。
1.2.3.压力是提升机液压制动系统性能安全的重要信息，传感器的选择注意液压回路的频率特性、安装方式和量程范围。
1.2.4.电气参数（如电流等）的测量通过采用相关隔离电路，首先保证信号的分流不影响原系统的性能，然后保证测试信号的静态精度和动态精度。
1.2.5.由于提升机工作环境比较恶劣，在实际工况中对测试仪器的抗干扰能力要求比较高，所以本虚拟仪器硬件平台采用PXI总线结构。PXI是由美国NI公司于1997年推出的测控仪器总线标准，本系统采用4槽PXI机箱PXI-1033，采用PXI-6221和PXI-6624数据采集卡。
2. 检测装置软件设计
为了使系统能充分发挥其功能，软件设计的好坏是关键。本系统采用模块化层次化的思想进行编写的，除了能满足分析与监控的功能外，还具有操作简单，界面友好直观，运行可靠，维护方便等优点。根据系统的目标及功能，基于LabVIEW的提升机检测检验装置的软件构成如图2所示，主要由信号采集模块、参数设置模块、数据处理模块、历史数据存储和查询模块、比较报警模块、数据记录与查询模块等部分组成。
图2 系统软件构成
运行监控程序是系统的主监测界面，其界面及程序流程分别如图3、4所示。其监控参数包括：速度、闸间隙、液压站油压、电机电流等。
图3监控主界面
图4 系统程序流程简图
监控程序首先对提升系统信息进行初始化，接着在启动后，系统开始并行采集信号，包括模拟量、逻辑量以及脉冲计数。由模拟量采集得出闸间隙、油压和电流的实时状态，由脉冲计数将计数脉冲转化为提升机的实时速度和加速度，同时将各参数的大小和状态送到前面板显示。通过选择测试项目，对提升系统分别进行测试，并对测试结果进行分析并存入数据库。
系统可对每次循环的提升速度图进行历史再现。如果需要详细查询系统的运行参数和状态，通过数据库查询模块可以得到各时间段的记录或故障记录，并可将报表打印出来。
3. 结论
基于LabVIEW 开发平台开发设计出提升机性能检测装置，对提升机运行速度、电机电流、液压站压力、闸瓦间隙等重要运行参数进行在线检测并能对运行参数进行分析处理，极大地提高了测试精度和测试效率，确保了测试数据准确性，突破了传统测试系统在数据处理、显示存储、打印等多方面的限制，使测试结果输出迅速、直观、准确，实现了提升机性能参数测试的智能化，对提升机安全运行提供了有力的保障。
参考文献：
[1]胡仁喜. LabVIEW8.2.1虚拟仪器实例指导教程[M]. 机械工业出版社，2008.
[2]陈莹莹，张晓光. 基于LabVIEW 的提升机液压制动装置在线监测系统设计[J]. 液压与气动，2011，4：108-110.
[3]夏伦武. 虚拟仪器在矿井提升机监控系统中的应用[J]. 煤炭技术，2005，24（8）
[4]张祥明，王新. 基于LabVIEW的矿井提升机健康诊断研究[J]. 工矿自动化，2010，8：53-55
[5]王绍芝，姜基武，马香娟等. 提升机高精度性能测试系统的研究[J]. 煤炭科学技术，2006，34（5）：19-24.
[6]付华. 矿井提升机智能监测系统[J].计算机工程与科学，2001，23（1）：82-85.
[7]李曼. 矿用提升系统安全性能测试分析虚拟仪器的开发[J]. 起重运输机械，2007，9：60-62.
[8]肖兴明，蒋玉强. 基于虚拟仪器技术的提升机性能测试系统[J]. 仪表技术，2002，6：13-14.
[9]王家栋，肖兴明，陈军等. 矿井提升机技术性能测定与分析[M]. 中国矿业大学出版社，1992.
关键词：提升机；检测装置；虚拟仪器
引言
提升机是矿井生产的“咽喉”，其性能好坏直接关系着煤矿生产效率和生产人员的人身安全。按照《煤矿安全规程》规定，必须定期进行提升机性能参数的全面测定，并进行系统分析，以保证提升机处于良好的运行状态。目前现场多采用万用表、示波器、秒表等分离式测量仪器进行检测，存在人为误差、仪器误差和系统误差，这些误差严重影响了系统的检测效果。本文在对提升机电控系统进行综合分析研究的基础上，对提升机安全性能的测试方法进行研究，提出切实可行的安全测试方法和措施，通过使用虚拟仪器，开发出基于LabVIEW的提升机安全性能的检测装置，方便现场对提升机控制系统的安全性能进行测试和评价。
1. 检测装置硬件设计
1.1.虚拟仪器
虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）就是用户在通用计算机平台上，根据需求定义和设计仪器的测试功能。影响最大的虚拟仪器编程语言是美国NI公司的LabVIEW。LabVIEW是目前国际上唯一的编译型图形化编程语言（G语言），拥有完善的通信接口、良好的用户界面和强大的函数库。同时，LabVIEW继承了高级编程语言的结构化和模块化编程的优点，支持模块化与层次化设计，这种结构的设计增强了程序的可读性。
1.2. 硬件设计
基于LabVIEW 的提升机控制系统性能检测装置由监测对象、传感器、数据采集卡、上位机、LabVIEW软件等构成，对电机电流、速度、液压站压力和闸瓦间隙等参数进行在线监测，实现数据采集与控制、数据分析与处理及结果显示等功能。系统原理如图1 所示。
图1检测装置系统原理图
为实现上述矿井提升系统检测功能，首先进行硬件部分的设计与选型。
1.2.1.速度测量系统：提升机的速度曲线是运行正常与否的一个重要参数，旋转体速度的测量一般采用测速发电机方式，也可以采用轴编码器方式。对于安装了光电编码器的提升机，其速度信号可从测速编码器的输出取提升速度信号。未装编码器的提升机从测速发电机取速度信号，由于测速发电机的电压与提升容器实际速度有差别，需要对实际速度进行标定。为准确测量提升速度，在可能的情况下应从安装在低速轴上的速度传感器上获得速度信号，以避免减速器抖动等因素的影响 。
1.2.2.闸瓦间隙测量系统：采用非接触专用涡流位移传感器和模拟信号处理线路，闸瓦间隙一次测量过程时间较短，根据测量系统动态特性的要求，要求传感器的动态特性必须满足10倍的被测试系统动态特性的要求。
1.2.3.压力是提升机液压制动系统性能安全的重要信息，传感器的选择注意液压回路的频率特性、安装方式和量程范围。
1.2.4.电气参数（如电流等）的测量通过采用相关隔离电路，首先保证信号的分流不影响原系统的性能，然后保证测试信号的静态精度和动态精度。
1.2.5.由于提升机工作环境比较恶劣，在实际工况中对测试仪器的抗干扰能力要求比较高，所以本虚拟仪器硬件平台采用PXI总线结构。PXI是由美国NI公司于1997年推出的测控仪器总线标准，本系统采用4槽PXI机箱PXI-1033，采用PXI-6221和PXI-6624数据采集卡。
2. 检测装置软件设计
为了使系统能充分发挥其功能，软件设计的好坏是关键。本系统采用模块化层次化的思想进行编写的，除了能满足分析与监控的功能外，还具有操作简单，界面友好直观，运行可靠，维护方便等优点。根据系统的目标及功能，基于LabVIEW的提升机检测检验装置的软件构成如图2所示，主要由信号采集模块、参数设置模块、数据处理模块、历史数据存储和查询模块、比较报警模块、数据记录与查询模块等部分组成。
图2 系统软件构成
运行监控程序是系统的主监测界面，其界面及程序流程分别如图3、4所示。其监控参数包括：速度、闸间隙、液压站油压、电机电流等。
图3监控主界面
图4 系统程序流程简图
监控程序首先对提升系统信息进行初始化，接着在启动后，系统开始并行采集信号，包括模拟量、逻辑量以及脉冲计数。由模拟量采集得出闸间隙、油压和电流的实时状态，由脉冲计数将计数脉冲转化为提升机的实时速度和加速度，同时将各参数的大小和状态送到前面板显示。通过选择测试项目，对提升系统分别进行测试，并对测试结果进行分析并存入数据库。
系统可对每次循环的提升速度图进行历史再现。如果需要详细查询系统的运行参数和状态，通过数据库查询模块可以得到各时间段的记录或故障记录，并可将报表打印出来。
3. 结论
基于LabVIEW 开发平台开发设计出提升机性能检测装置，对提升机运行速度、电机电流、液压站压力、闸瓦间隙等重要运行参数进行在线检测并能对运行参数进行分析处理，极大地提高了测试精度和测试效率，确保了测试数据准确性，突破了传统测试系统在数据处理、显示存储、打印等多方面的限制，使测试结果输出迅速、直观、准确，实现了提升机性能参数测试的智能化，对提升机安全运行提供了有力的保障。
参考文献：
[1]胡仁喜. LabVIEW8.2.1虚拟仪器实例指导教程[M]. 机械工业出版社，2008.
[2]陈莹莹，张晓光. 基于LabVIEW 的提升机液压制动装置在线监测系统设计[J]. 液压与气动，2011，4：108-110.
[3]夏伦武. 虚拟仪器在矿井提升机监控系统中的应用[J]. 煤炭技术，2005，24（8）
[4]张祥明，王新. 基于LabVIEW的矿井提升机健康诊断研究[J]. 工矿自动化，2010，8：53-55
[5]王绍芝，姜基武，马香娟等. 提升机高精度性能测试系统的研究[J]. 煤炭科学技术，2006，34（5）：19-24.
[6]付华. 矿井提升机智能监测系统[J].计算机工程与科学，2001，23（1）：82-85.
[7]李曼. 矿用提升系统安全性能测试分析虚拟仪器的开发[J]. 起重运输机械，2007，9：60-62.
[8]肖兴明，蒋玉强. 基于虚拟仪器技术的提升机性能测试系统[J]. 仪表技术，2002，6：13-14.
[9]王家栋，肖兴明，陈军等. 矿井提升机技术性能测定与分析[M]. 中国矿业大学出版社，1992.