基于Labview的礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要:隨著計算機和軟件技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器正在逐漸成為測試領(lǐng)域的發(fā)展方向。本設(shè)計運用先進的的虛擬儀器開發(fā)平臺Labview，以及高性能單片機ATmega16結(jié)合提升機實驗裝置和傳感器，開發(fā)了一套基于Labview的礦井提升機監(jiān)測系統(tǒng)。論文詳細介紹了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計，實現(xiàn)了對提升容器實時位置、運行速度、提升方向、電樞電流、油壓、油溫等參數(shù)的動態(tài)圖形顯示和模擬儀表顯示，對故障點的多媒體聲光報警，及其各運行參數(shù)和狀態(tài)的數(shù)據(jù)存儲、打印，數(shù)據(jù)記錄的查詢等功能。該系統(tǒng)能夠達到設(shè)計目標(biāo)，軟件操作簡單方便。與傳統(tǒng)的提升機監(jiān)測系統(tǒng)相比，具有很大優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞:Labview 提升機 監(jiān)控

中圖分類號:TP277文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0023-01

1 系統(tǒng)組成

礦井提升設(shè)備的主要組成部分是:提升容器，提升鋼繩，提升機，天輪和井架以及裝卸附屬裝置等。以多繩摩擦式提升機為例，直流傳動多繩摩擦式礦井提升系統(tǒng)主要由制動系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、觀測和操作系統(tǒng)、拖動控制和自動保護系統(tǒng)、外加輔助部分等構(gòu)成。

礦用提升機在運行過程中隨著速度和運行狀態(tài)的改變，很多參數(shù)隨之變化，這些參數(shù)的變化能夠反應(yīng)出提升機的實時狀態(tài)，所以這些參數(shù)需要采集后送往微處理器進行處理。微處理器再將采集的參數(shù)送往上位機，最后由上位機進行處理和顯示。根據(jù)實際情況，整個系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩部分，其中硬件部分包括信號采集和控制器模塊，控制器模塊和信號采集模塊即輸入輸出模塊;在硬件系統(tǒng)中傳感器和微處理器把設(shè)備運行參數(shù)送到信號采集模塊，并存儲在存儲器中。微處理器與上位工控機之間通過RS485總線連接，通過通信地址設(shè)置，上位機就可以讀取控制器中的數(shù)據(jù)。軟件部分包括上位機軟件和控制器模塊專用配置軟件。在上位機中讀取的數(shù)據(jù)，通過進一步的運算處理即可顯示。上位機軟件中包括主監(jiān)控畫面、報警提示畫面、故障記錄等，其中主畫面顯示提升機罐籠和電機運行的模擬畫面、各項重要參數(shù)顯示以及運行曲線等。

2 礦用提升機在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 礦用提升機在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

依據(jù)井下實際情況，由壓力傳感器等各類傳感器組成檢測裝置。主要由控制系統(tǒng)進行工作的CPU、為整個檢測裝置的各器件提供電源的電源模塊、收集檢測信息的傳感器以及實現(xiàn)硬件部分與上位機實現(xiàn)通信的RS485總線部分等。提升機運行狀態(tài)實時監(jiān)測的信號包括:提升容器的位置;提升速度;電機溫度;電機電壓;電機電流;主軸承溫度等。

2.2 硬件設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

在實現(xiàn)基于RS485總線的遠程監(jiān)測過程中，需要研究以下幾個關(guān)鍵問題:數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)遠程實時傳輸、監(jiān)測信息的獲取、故障診斷技術(shù)的問題。(1)數(shù)據(jù)的實時采集。系統(tǒng)能否實時、準(zhǔn)確的采集狀態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)關(guān)系到整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，信號數(shù)據(jù)的采集由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成。本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集由傳感器、微處理器等組成。溫度的采集是由溫度傳感器與微處理器來完成，電參數(shù)的采集由互感器組成的采集模塊完成，壓力和振動參數(shù)由系統(tǒng)的震動傳感器與微處理器來完成。(2)數(shù)據(jù)的遠程傳輸。高性能的通訊系統(tǒng)對監(jiān)測系統(tǒng)具有重要意義，通訊網(wǎng)絡(luò)的性能直接決定了整個系統(tǒng)的性能。采集系統(tǒng)采集的所有信號尤其是故障和報警信號都必須能夠?qū)崟r快速的傳至監(jiān)測站，監(jiān)測站也要能及時地將指令發(fā)送至采集模塊的輸出點執(zhí)行輸出。(3)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由采集模塊、微處理器等組成，實現(xiàn)對提升機各種參數(shù)的采集。(4)傳感器的選擇，提升機需要采集的信號包括振動信號、溫度信號、壓力信號和電量信號。

3 用提升機在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

上位機軟件的功能是從控制器讀取數(shù)據(jù)，通過畫面進行顯示的過程。提升機的主監(jiān)測畫面包括數(shù)據(jù)顯示、曲線顯示和模擬畫面。數(shù)據(jù)顯示部分是對提升機的重要參數(shù)進行顯示，其中包括電機電流、電機電壓、測速電機電壓、電機溫度、軸瓦溫度、電機轉(zhuǎn)速、潤滑油壓、制動油壓等。而曲線顯示部分主要是提升的速度曲線。同時LabVIEW為用戶提供了便利功能，該軟件可以繪制兩種曲線，分別是歷史曲線和實時曲線。同時上位機還有鏈接數(shù)據(jù)庫、打印報表、報警提示等功能。

上位機軟件開發(fā)環(huán)境。監(jiān)測程序首先顯示日期和時間，對提升位置、速度和加速度進行初始化，接著在啟動后，系統(tǒng)開始并行采集信號，包括模擬量、邏輯量以及脈沖計數(shù)。由模擬量采集得出油溫、油壓和電流的實時狀態(tài)，由脈沖計數(shù)將計數(shù)脈沖轉(zhuǎn)化為提升機的實時位置，從計數(shù)方式上(遞增計數(shù)、遞減計數(shù))得出提升機的運行方向(上升、下降)，然后通過數(shù)據(jù)處理將提升行程轉(zhuǎn)化為實時的速度和加速度，同時將各參數(shù)的大小和狀態(tài)送到前面板顯示。從邏輯量的輸入模塊得出油泵運行是否打開。通過參數(shù)設(shè)置模塊，確定提升機運行各參數(shù)的保護設(shè)定值，然后將實際得到的參數(shù)值與這些設(shè)定的參數(shù)值在比較報警模塊中進行比較，實際參數(shù)值一旦超過設(shè)定值，就進行報警顯示，發(fā)出報警聲，同時將報警信號送到邏輯量的輸出模塊，將信號送到采集卡的數(shù)字輸出口，通知單片機進行安全制動。系統(tǒng)可對每次循環(huán)的提升速度圖進行歷史再現(xiàn)，再現(xiàn)次數(shù)可選擇。

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

本設(shè)計采用了虛擬儀器技術(shù)、測控技術(shù)、自動化技術(shù)、單片機技術(shù)、RS485總線技術(shù)等手段，實現(xiàn)了礦井提升機在線監(jiān)測，選用了工業(yè)級ATmega16單片機作為監(jiān)控系統(tǒng)的微控制器，憑借其快速實時的數(shù)據(jù)處理能力、多路AD轉(zhuǎn)換器以及定時器外部輸入捕捉模塊精準(zhǔn)的測速功能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，系統(tǒng)對礦井提升機的轉(zhuǎn)速、溫度等各項變化參數(shù)進行了在線監(jiān)測，完善了提升機監(jiān)測的各項功能，實現(xiàn)了提升機智能監(jiān)控的各項要求。該設(shè)計的實現(xiàn)，解決了礦井提升機監(jiān)測故障難以確定、不能及時掌握動態(tài)信息等問題，提高了礦井提升機監(jiān)測監(jiān)控的可靠性，本設(shè)計的研究，對于推動煤礦井下安全生產(chǎn)具有重大意義，本設(shè)計所涉及的技術(shù)內(nèi)容也適用于其他領(lǐng)域內(nèi)運行設(shè)備的在線監(jiān)測，具有良好的市場價值和社會效益。

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