基于LabVIEW的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)

高 宇

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.煤炭科學(xué)研究總院太原研究院，山西 太原 030006）

基于LabVIEW的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)

高 宇1，2

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.煤炭科學(xué)研究總院太原研究院，山西 太原 030006）

礦用掘運(yùn)機(jī)械傳動(dòng)部件是保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，其性能要求高可靠性、高效率、高壽命，使用前的測(cè)試工作尤為重要。介紹了采用LabVIEW和PCL711數(shù)據(jù)采集卡相結(jié)合的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)；該系統(tǒng)可完成轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、效率等參數(shù)的實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)的顯示、查詢和打印等工作。

LabVIEW軟件；數(shù)據(jù)采集；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速

近年來，我國(guó)礦用掘運(yùn)機(jī)械向大功率發(fā)展，煤礦生產(chǎn)要求設(shè)備有高開機(jī)率，其傳動(dòng)部件應(yīng)保證高可靠性、高效率、高壽命。因此，設(shè)備投入使用前的測(cè)試工作顯得尤為重要。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速是衡量傳動(dòng)部件性能的兩個(gè)基本參數(shù)，是其必須測(cè)試的兩個(gè)參數(shù)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)試技術(shù)的提高，人們廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件與數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合構(gòu)成各種數(shù)據(jù)采集與測(cè)試系統(tǒng)；而軟件技術(shù)的日益發(fā)展，形成了大量通用、可靠的測(cè)試軟件模塊。各種專用模塊組合使用，形成不同數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件，縮短了開發(fā)時(shí)間，降低了開發(fā)難度。

本文介紹了一種基于LabVIEW與數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合的專用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)，可以完成各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試分析，還具備人性化界面、易于操作，且硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開發(fā)周期短。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用虛擬儀器技術(shù)（virtual instrument），利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活模塊化軟件，實(shí)現(xiàn)不同的儀器功能，完成測(cè)試工作。虛擬儀器技術(shù)的采用，將系統(tǒng)中的部分硬件轉(zhuǎn)為軟件實(shí)現(xiàn)，大大縮小了硬件的體積，增加了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

經(jīng)對(duì)系統(tǒng)需測(cè)參數(shù)的特性分析及經(jīng)濟(jì)方面的考慮，采用了較通用的傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。測(cè)試時(shí)，傳感器將待測(cè)信號(hào)傳遞給信號(hào)調(diào)理模塊，進(jìn)行頻率—電壓轉(zhuǎn)換，再用數(shù)據(jù)采集卡送入計(jì)算機(jī)，并由數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、顯示、存儲(chǔ)。系統(tǒng)框圖，見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測(cè)試系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要包括：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)、觸摸屏等。系統(tǒng)硬件聯(lián)接，見圖2。

圖2 系統(tǒng)硬件組成圖

2.1 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器

轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器使用JCZ2000型傳感器，它通過彈性軸、兩組磁電信號(hào)發(fā)生器，把被測(cè)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成具有相位差的兩組交流電信號(hào)，這兩信號(hào)的頻率相同、且與軸的轉(zhuǎn)速成正比，而其相位差的變化部分又與被測(cè)轉(zhuǎn)矩成正比。傳感器工作原理，見圖3。

圖3中的傳感器又集成了一個(gè)智能模塊，它可將傳感器輸出的相位信號(hào)直接調(diào)理成數(shù)字信號(hào)通過總線傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，再傳輸給計(jì)算機(jī)（不需要二次儀表），總線上可掛接多臺(tái)傳感器組成測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。該模塊還有自動(dòng)零點(diǎn)補(bǔ)償，自動(dòng)隨環(huán)境溫度修正傳感器系數(shù)等智能化特性，提高了傳感器的實(shí)際測(cè)量精度，消除了原來傳感器與二次儀表互換時(shí)帶來的誤差；由于增加了套筒測(cè)速裝置，即使在轉(zhuǎn)速很低或?yàn)椤?”時(shí)，也能精確測(cè)量轉(zhuǎn)速。

2.2 數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡采用了研華公司的PCL711多功能數(shù)據(jù)采集卡，通過ISA插槽與工控機(jī)相連，用于測(cè)量門閉鎖信號(hào)、系統(tǒng)狀態(tài)等，該卡具備12位A/D分辨率，采樣頻率最高可達(dá)2MHz。

2.3 其它設(shè)備

打印機(jī)、觸摸屏、移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備等，均采用標(biāo)準(zhǔn)接口與工控機(jī)相連接。

圖3 JCZ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器原理圖

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

1）LabVIEW軟件：是NI公司開發(fā)的虛擬儀器開發(fā)軟件，它以簡(jiǎn)化開發(fā)工作為目標(biāo)，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)。采用圖形化程序語言，又稱“G”語言，基本不用編寫程序代碼，取而代之的是程序流程圖。它用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，提供了大量的儀器面板中的控制對(duì)象。用戶還可通過控制編輯器將控制對(duì)象修改成適合自己工作領(lǐng)域的控制對(duì)象。它與其它軟件開發(fā)平臺(tái)相比，LabVIEW最大的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)控系統(tǒng)領(lǐng)域，它將數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示功能集中在了同一個(gè)計(jì)算機(jī)通用環(huán)境中，可以簡(jiǎn)單、快速、可靠地集成一套完整的實(shí)用方案。

2）程序設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試要求，將軟件分成一個(gè)主機(jī)控制模塊和若干個(gè)子功能模塊，包括：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、后臺(tái)管理模塊等。主模塊和子模塊間的數(shù)據(jù)交換接口有3個(gè)，采用LabVIEW中的隊(duì)列queue方式和通知notifier實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。主模塊負(fù)責(zé)用戶主控制界面、子模塊的管理、串口的管理、與子模塊的數(shù)據(jù)交換等任務(wù)。數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)采集卡通信，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，由數(shù)據(jù)處理模塊完成數(shù)據(jù)計(jì)算，同時(shí)顯示模塊將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示出來，并可由后臺(tái)管理模塊對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果數(shù)據(jù)異?？捎绍浖l(fā)出指令停止采集，并報(bào)警。系統(tǒng)流程圖，見圖4。

圖4 系統(tǒng)的測(cè)試流程圖

4 結(jié)束語

使用LabVIEW軟件平臺(tái)開發(fā)本文測(cè)試系統(tǒng)，很好地把設(shè)計(jì)要求與具體的軟硬件技術(shù)相結(jié)合，采用LabVIEW軟件完成大量復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制和數(shù)值運(yùn)算工作，充分發(fā)揮了LabVIEW軟件在測(cè)試領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮短了軟硬件調(diào)試過程及系統(tǒng)開發(fā)周期，方便了系統(tǒng)的維護(hù)，提高了測(cè)試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和測(cè)試精度。實(shí)踐證明，采用LabVIEW與數(shù)據(jù)采集卡相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集與處理領(lǐng)域流行的開發(fā)方法。隨著新技術(shù)的涌現(xiàn)，LabVIEW的功能更趨完善，與硬件結(jié)合的越趨緊密，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)將變得越來越簡(jiǎn)單、靈活、快速，可靠性也會(huì)更提高。

［1］ 楊樂平.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2001.

［2］ 李 剛.LabVIEW-易學(xué)易用的計(jì)算機(jī)圖形化編程語言［M］.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2001.

［3］ 李海濤，楊樂平.LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

［4］ 劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)［M］.北京：電了工業(yè)出版社，2003.

［5］ 張毅，周紹磊，楊秀霞.虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

Test System for Torque and Rotational Speed Based on LabView

GAO Yu1，2
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024；2.Taiyuan Institute,Coal Science Research Institute,Taiyuan Shanxi 030006)

The transmission parts of driving and transporting machinery are crucial to ensure their normal operation.The performance requires high reliability,high efficiency and high endurance,so the test before use is very important.The torque and rotational speed test system combined with LabVIEW and PCL711 data collecting is introduced.The system can realize display,enquiry,and print of real-time and historical data,including torque,rotational speed,power,efficiency and other parameters.

LabVIEW;data acquisition;torque and rotational speed

TP274

A

1672-5050（2011）06-0071-03

2011-03-15

高 宇（1973—），山西代縣人，在讀工程碩士研究生，高級(jí)工程師，主要從事煤礦機(jī)電的設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。

徐樹文