基于Labview的矿井提升机监控系统的设计与实现

摘 要:随着计算机和软件技术的发展,虚拟仪器正在逐渐成为测试领域的发展方向。本设计运用先进的的虚拟仪器开发平台Labview,以及高性能单片机ATmega16结合提升机实验装置和传感器,开发了一套基于Labview的矿井提升机监测系统。论文详细介绍了系统的硬件构成和软件设计,实现了对提升容器实时位置、运行速度、提升方向、电枢电流、油压、油温等参数的动态图形显示和模拟仪表显示,对故障点的多媒体声光报警,及其各运行参数和状态的数据存储、打印,数据记录的查询等功能。该系统能够达到设计目标,软件操作简单方便。与传统的提升机监测系统相比,具有很大优越性。

关键词:Labview 提升机 监控

中图分类号:TP277文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)03(a)-0023-01

1 系统组成

矿井提升设备的主要组成部分是:提升容器,提升钢绳,提升机,天轮和井架以及装卸附属装置等。以多绳摩擦式提升机为例,直流传动多绳摩擦式矿井提升系统主要由制动系统、机械传动系统、润滑系统、观测和操作系统、拖动控制和自动保护系统、外加辅助部分等构成。

矿用提升机在运行过程中随着速度和运行状态的改变,很多参数随之变化,这些参数的变化能够反应出提升机的实时状态,所以这些参数需要采集后送往微处理器进行处理。微处理器再将采集的参数送往上位机,最后由上位机进行处理和显示。根据实际情况,整个系统可分为硬件和软件两部分,其中硬件部分包括信号采集和控制器模块,控制器模块和信号采集模块即输入输出模块;在硬件系统中传感器和微处理器把设备运行参数送到信号采集模块,并存储在存储器中。微处理器与上位工控机之间通过RS485总线连接,通过通信地址设置,上位机就可以读取控制器中的数据。软件部分包括上位机软件和控制器模块专用配置软件。在上位机中读取的数据,通过进一步的运算处理即可显示。上位机软件中包括主监控画面、报警提示画面、故障记录等,其中主画面显示提升机罐笼和电机运行的模拟画面、各项重要参数显示以及运行曲线等。

2 矿用提升机在线监测系统的硬件设计

2.1 矿用提升机在线监测系统的硬件结构

依据井下实际情况,由压力传感器等各类传感器组成检测装置。主要由控制系统进行工作的CPU、为整个检测装置的各器件提供电源的电源模块、收集检测信息的传感器以及实现硬件部分与上位机实现通信的RS485总线部分等。提升机运行状态实时监测的信号包括:提升容器的位置;提升速度;电机温度;电机电压;电机电流;主轴承温度等。

2.2 硬件设计的关键技术

在实现基于RS485总线的远程监测过程中,需要研究以下几个关键问题:数据的采集、数据远程实时传输、监测信息的获取、故障诊断技术的问题。(1)数据的实时采集。系统能否实时、准确的采集状态参数的数据关系到整个系统的可靠性和稳定性,信号数据的采集由数据采集系统完成。本设计的数据采集由传感器、微处理器等组成。温度的采集是由温度传感器与微处理器来完成,电参数的采集由互感器组成的采集模块完成,压力和振动参数由系统的震动传感器与微处理器来完成。(2)数据的远程传输。高性能的通讯系统对监测系统具有重要意义,通讯网络的性能直接决定了整个系统的性能。采集系统采集的所有信号尤其是故障和报警信号都必须能够实时快速的传至监测站,监测站也要能及时地将指令发送至采集模块的输出点执行输出。(3)数据采集系统设计。根据系统的总体设计,数据采集系统由采集模块、微处理器等组成,实现对提升机各种参数的采集。(4)传感器的选择,提升机需要采集的信号包括振动信号、温度信号、压力信号和电量信号。

3 用提升机在线监测系统软件设计

上位机软件的功能是从控制器读取数据,通过画面进行显示的过程。提升机的主监测画面包括数据显示、曲线显示和模拟画面。数据显示部分是对提升机的重要参数进行显示,其中包括电机电流、电机电压、测速电机电压、电机温度、轴瓦温度、电机转速、润滑油压、制动油压等。而曲线显示部分主要是提升的速度曲线。同时LabVIEW为用户提供了便利功能,该软件可以绘制两种曲线,分别是历史曲线和实时曲线。同时上位机还有链接数据库、打印报表、报警提示等功能。

上位机软件开发环境。监测程序首先显示日期和时间,对提升位置、速度和加速度进行初始化,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。由模拟量采集得出油温、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位置,从计数方式上(递增计数、递减计数)得出提升机的运行方向(上升、下降),然后通过数据处理将提升行程转化为实时的速度和加速度,同时将各参数的大小和状态送到前面板显示。从逻辑量的输入模块得出油泵运行是否打开。通过参数设置模块,确定提升机运行各参数的保护设定值,然后将实际得到的参数值与这些设定的参数值在比较报警模块中进行比较,实际参数值一旦超过设定值,就进行报警显示,发出报警声,同时将报警信号送到逻辑量的输出模块,将信号送到采集卡的数字输出口,通知单片机进行安全制动。系统可对每次循环的提升速度图进行历史再现,再现次数可选择。

4 技术经济分析

本设计采用了虚拟仪器技术、测控技术、自动化技术、单片机技术、RS485总线技术等手段,实现了矿井提升机在线监测,选用了工业级ATmega16单片机作为监控系统的微控制器,凭借其快速实时的数据处理能力、多路AD转换器以及定时器外部输入捕捉模块精准的测速功能,提高了系统的稳定性和安全性,系统对矿井提升机的转速、温度等各项变化参数进行了在线监测,完善了提升机监测的各项功能,实现了提升机智能监控的各项要求。该设计的实现,解决了矿井提升机监测故障难以确定、不能及时掌握动态信息等问题,提高了矿井提升机监测监控的可靠性,本设计的研究,对于推动煤矿井下安全生产具有重大意义,本设计所涉及的技术内容也适用于其他领域内运行设备的在线监测,具有良好的市场价值和社会效益。

参考文献

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[3]李奇威,翟庆志.变频器与电动机效率问题[J].电气时代,2004:30

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