虛擬儀器技術在礦井提升機故障診斷中的應用淺析

摘要：礦井提升機是礦山重要的生產設備，礦井提升機的可靠運行直接關系到煤礦生產的安全。傳統的測控儀器由于片面依賴于硬件，具有較大的局限性，難以滿足礦井生產的現實要求。文章提出了利用虛擬儀器技術來完成提升機各種測試和日常維護應用，從而提高提升機的故障診斷和日常維護效率并大幅降低維護成本，在日常生產中發揮了重要的作用。

關鍵詞：虛擬儀器；提升機；故障診斷；LabView；檢測儀器

中圖分類號：TD534文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）04-0065-02

作為提供礦井內部聯系重要任務的礦井提升機，是礦山重要的生產設備之一，在生產環節中占有非常重要的地位。現代的礦井提升機提升量大、速度高、安全性高，已發展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。礦井提升機的可靠運行直接關系到煤礦生產的安全。

傳統的測控儀器強調硬件技術的先進性，購置和維護的成本高昂、系統適應性比較欠缺，產品升級換代困難，系統接口往往不是開放的，難以適應日益多樣化的礦山機械設備的日常維護和故障診斷需求。虛擬儀器技術利用柔性高效的軟件技術結合先進的組合式硬件來完成各種測試和日常維護應用，在礦山機械的故障診斷和日常維護中發揮了越來越重要的作用。

一、虛擬儀器技術簡介

虛擬儀器（VirtualInstrumentation）最早是由美國國家儀器公司提出的，虛擬儀器技術包括硬件技術和軟件技術，硬件技術以GPIB、PXI等先進的計算機接口總線發展為標志，其功能是獲取被測的物理信號；軟件技術則以VISA等最新軟件標準和Labview等先進開發平臺為核心的，其作用是通過靈活的監控信息收集和診斷，輸出各種靈活的報表，并通過分布式計算技術建立模擬提升機的運行環境，從而能夠通過輸入各種命令對提升機進行診斷，大大提高提升機日常維護的效率，并節省大量的硬件采購成本。

形象地說，虛擬儀器就是通過計算機軟件將普通電腦與模塊化的測試接口配件組合，像“搭積木”一樣，用戶可通過直觀的仿真客戶端來操作自己設計的儀器，從而完成數據的收集、處理、判斷、輸出結果等功能。虛擬儀器可以分為三個部分，即輸入端、輸出端和數據處理中樞。

二、基于Labview的礦井提升機故障診斷虛擬儀器開發

基于Labview的提升機故障診斷虛擬儀器，主要用于提升機振動信號的采集和處理，實現對提升機的狀態監測與故障診斷，充分地發揮了虛擬儀器技術的優勢，使測試精度、穩定性和可靠性得到充分保障。系統中所使用的硬件設備包括：筆記本電腦、數據采集卡、數據線、數據接口箱、抗混頻放大器和壓電式加速度傳感器。在硬件與軟件的設計上均采用了模塊化結構，由信號輸入與處理模塊、CPU處理模塊、按鍵顯示模塊、串行通訊模塊和電源模塊構成；軟件采用單片機匯編語言編制，由主程序和若干個子程序構成。設計中充分考慮到故障診斷系統惡劣的使用環境，使整機性能穩定。系統對各個傳感器產生的脈沖信號進行采樣，由主處理器進行計算、判斷，結果送入顯示器。

（一）系統硬件構成

煤礦提升機狀態監測與故障診斷系統的硬件是以微機為核心的可編程的數據采集、狀態監測和數據分析系統，從實用性、靈活性、研制周期、性能價格比和應用推廣等角度考慮，本系統硬件部分采用NI公司的筆記本數據采集模塊等，開發平臺為優秀的圖形化語言Labview，所開發測試儀器功能強、精度高、測試速度快、實時性好以及具有友好的人機界面，在現場應用中得到了良好的效果。圖1為系統的硬件構成圖：

（二）總線形式選擇

虛擬儀器技術的最主要的特點是不僅可以通過計算機實現靈活的測試和各種測量動作，更重要的是它可以通過各種不同的接口總線實現各種測試環境，從而適應礦山機械多樣化的現實要求。按接口總線的組成方式劃分，虛擬儀器系統可以選擇以下總線形式：以DAQ等為硬件組成DAQ儀器、通過GPIB接口卡組成GPIB系統、VXI接口系統、PCI系統、并行總線和串行總線儀器等。

綜合考慮各種總線形式的特點和成本，最終選擇PCI總線形式。

（三）診斷系統功能構成

該診斷系統具有在線監測和離線分析功能，采用高速磁盤流技術、逐點分析技術和信號處理功能實現了8通道的數據的高速采集、動態顯示、實時分析和數據處理等目的。

系統將利用時域分析等方法動態采集和分析設備狀態，可以方便地進行診斷處理。通過實際應用，該虛擬儀器配置合理、能適應礦井復雜工作環境、操作界面人性化設計、系統架構設計合理，信息采集和設計準確度滿足日常工作需要，為礦井提供了創新和便捷、高性價比的提升機檢測和診斷手段。

（四）軟件總體設計

軟件設計遵循如下原則：

1．模塊化設計。模塊化設計的軟件架構符合軟件工程要求，有利于軟件功能的拓展和完善。同時，軟件設計中應采用軟件工程的設計思想，設計合理的數據流圖和設計用例并進行嚴格的軟件測試。

2．可擴充性。是指根據實際的要求，系統可被方便地裁剪和靈活的擴展，使系統能適應變化和新情況。虛擬儀器系統設計應采用分布系統，子系統的增加或子系統功能的增加應該只是功能模塊的增加，因此系統不會受礦山機械技術升級改造影響。

3．具有一定的保護措施。由于礦井工作環境比較惡劣，系統應具備一定的容錯和保護措施，對于重要的采集數據要周期性轉存到硬盤等介質，以防因停電等意外而損失歷史采集資料。

程序總體結構框圖如圖2所示：

參考文獻

[1]黃松玲，吳靜．虛擬儀器設計基礎教程[M]．北京：清華大學出版社，2008．

[2]侯國屏．LabVIEW 7.1編程與虛擬儀器設計[M]．清華大學出版社，2005．

作者簡介：李其法（1952-），男，廣西博白人，廣西華錫集團股份有限公司工程師職稱，研究方向：礦山機械。

（責任編輯：趙秀娟）