基于LabVIEW的轉矩轉速測試系統(tǒng)

高 宇

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

基于LabVIEW的轉矩轉速測試系統(tǒng)

高 宇1，2

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

礦用掘運機械傳動部件是保障設備正常運轉的關鍵部件，其性能要求高可靠性、高效率、高壽命，使用前的測試工作尤為重要。介紹了采用LabVIEW和PCL711數(shù)據(jù)采集卡相結合的轉矩轉速測試系統(tǒng)；該系統(tǒng)可完成轉矩、轉速、功率、效率等參數(shù)的實時、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；轉矩轉速

近年來，我國礦用掘運機械向大功率發(fā)展，煤礦生產(chǎn)要求設備有高開機率，其傳動部件應保證高可靠性、高效率、高壽命。因此，設備投入使用前的測試工作顯得尤為重要。轉矩、轉速是衡量傳動部件性能的兩個基本參數(shù)，是其必須測試的兩個參數(shù)。

隨著計算機技術和測試技術的提高，人們廣泛應用計算機軟件與數(shù)據(jù)采集卡結合構成各種數(shù)據(jù)采集與測試系統(tǒng)；而軟件技術的日益發(fā)展，形成了大量通用、可靠的測試軟件模塊。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)采集卡結合的專用轉矩轉速測試系統(tǒng)，可以完成各項參數(shù)測試分析，還具備人性化界面、易于操作，且硬件結構簡單，開發(fā)周期短。

1 系統(tǒng)的總體設計

本系統(tǒng)采用虛擬儀器技術（virtual instrument），利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活模塊化軟件，實現(xiàn)不同的儀器功能，完成測試工作。虛擬儀器技術的采用，將系統(tǒng)中的部分硬件轉為軟件實現(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)對系統(tǒng)需測參數(shù)的特性分析及經(jīng)濟方面的考慮，采用了較通用的傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機相結合的設計方案。測試時，傳感器將待測信號傳遞給信號調(diào)理模塊，進行頻率—電壓轉換，再用數(shù)據(jù)采集卡送入計算機，并由數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行分析、顯示、存儲。系統(tǒng)框圖，見圖1。

圖1 轉速轉矩測試系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)的硬件設計

系統(tǒng)硬件主要包括：轉矩轉速傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機、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 轉矩轉速傳感器

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

圖3中的傳感器又集成了一個智能模塊，它可將傳感器輸出的相位信號直接調(diào)理成數(shù)字信號通過總線傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，再傳輸給計算機（不需要二次儀表），總線上可掛接多臺傳感器組成測試網(wǎng)絡。該模塊還有自動零點補償，自動隨環(huán)境溫度修正傳感器系數(shù)等智能化特性，提高了傳感器的實際測量精度，消除了原來傳感器與二次儀表互換時帶來的誤差；由于增加了套筒測速裝置，即使在轉速很低或為“0”時，也能精確測量轉速。

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插槽與工控機相連，用于測量門閉鎖信號、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2MHz。

2.3 其它設備

打印機、觸摸屏、移動存儲設備等，均采用標準接口與工控機相連接。

圖3 JCZ型轉矩轉速傳感器原理圖

3 系統(tǒng)的軟件設計

1）LabVIEW軟件：是NI公司開發(fā)的虛擬儀器開發(fā)軟件，它以簡化開發(fā)工作為目標，用來進行數(shù)據(jù)采集和控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達。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”的可視化技術建立人機界面，提供了大量的儀器面板中的控制對象。用戶還可通過控制編輯器將控制對象修改成適合自己工作領域的控制對象。它與其它軟件開發(fā)平臺相比，LabVIEW最大的優(yōu)勢在于測控系統(tǒng)領域，它將數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示功能集中在了同一個計算機通用環(huán)境中，可以簡單、快速、可靠地集成一套完整的實用方案。

2）程序設計：根據(jù)系統(tǒng)測試要求，將軟件分成一個主機控制模塊和若干個子功能模塊，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，采用LabVIEW中的隊列queue方式和通知notifier實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。主模塊負責用戶主控制界面、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。數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)采集卡通信，將數(shù)據(jù)存儲到計算機中，由數(shù)據(jù)處理模塊完成數(shù)據(jù)計算，同時顯示模塊將實時數(shù)據(jù)顯示出來，并可由后臺管理模塊對實時數(shù)據(jù)進行比較，如果數(shù)據(jù)異?？捎绍浖l(fā)出指令停止采集，并報警。系統(tǒng)流程圖，見圖4。

圖4 系統(tǒng)的測試流程圖

4 結束語

使用LabVIEW軟件平臺開發(fā)本文測試系統(tǒng)，很好地把設計要求與具體的軟硬件技術相結合，采用LabVIEW軟件完成大量復雜的計算機控制和數(shù)值運算工作，充分發(fā)揮了LabVIEW軟件在測試領域的技術優(yōu)勢，大大簡化了系統(tǒng)設計，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，提高了測試系統(tǒng)的自動化程度和測試精度。實踐證明，采用LabVIEW與數(shù)據(jù)采集卡相結合的設計方式，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集與處理領域流行的開發(fā)方法。隨著新技術的涌現(xiàn)，LabVIEW的功能更趨完善，與硬件結合的越趨緊密，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)將變得越來越簡單、靈活、快速，可靠性也會更提高。

［1］ 楊樂平.LabVIEW程序設計與應用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2001.

［2］ 李 剛.LabVIEW-易學易用的計算機圖形化編程語言［M］.北京：北京航天航空大學出版社，2001.

［3］ 李海濤，楊樂平.LabVIEW高級程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2003.

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

［5］ 張毅，周紹磊，楊秀霞.虛擬儀器技術分析與應用［M］.北京：機械工業(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，高級工程師，主要從事煤礦機電的設計與開發(fā)工作。

徐樹文