基于Labview的礦井提升機監控系統的設計與實現

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

關鍵詞:Labview 提升機 監控

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

1 系統組成

礦井提升設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主要由制動系統、機械傳動系統、潤滑系統、觀測和操作系統、拖動控制和自動保護系統、外加輔助部分等構成。

礦用提升機在運行過程中隨著速度和運行狀態的改變，很多參數隨之變化，這些參數的變化能夠反應出提升機的實時狀態，所以這些參數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送往上位機，最后由上位機進行處理和顯示。根據實際情況，整個系統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;在硬件系統中傳感器和微處理器把設備運行參數送到信號采集模塊，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，通過通信地址設置，上位機就可以讀取控制器中的數據。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據，通過進一步的運算處理即可顯示。上位機軟件中包括主監控畫面、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、各項重要參數顯示以及運行曲線等。

2 礦用提升機在線監測系統的硬件設計

2.1 礦用提升機在線監測系統的硬件結構

依據井下實際情況，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硬件部分與上位機實現通信的RS485總線部分等。提升機運行狀態實時監測的信號包括: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 硬件設計的關鍵技術

在實現基于RS485總線的遠程監測過程中，需要研究以下幾個關鍵問題:數據的采集、數據遠程實時傳輸、監測信息的獲取、故障診斷技術的問題。(1)數據的實時采集。系統能否實時、準確的采集狀態參數的數據關系到整個系統的可靠性和穩定性，信號數據的采集由數據采集系統完成。本設計的數據采集由傳感器、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，電參數的采集由互感器組成的采集模塊完成，壓力和振動參數由系統的震動傳感器與微處理器來完成。(2)數據的遠程傳輸。高性能的通訊系統對監測系統具有重要意義，通訊網絡的性能直接決定了整個系統的性能。采集系統采集的所有信號尤其是故障和報警信號都必須能夠實時快速的傳至監測站，監測站也要能及時地將指令發送至采集模塊的輸出點執行輸出。(3)數據采集系統設計。根據系統的總體設計，數據采集系統由采集模塊、微處理器等組成，實現對提升機各種參數的采集。(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 用提升機在線監測系統軟件設計

上位機軟件的功能是從控制器讀取數據，通過畫面進行顯示的過程。提升機的主監測畫面包括數據顯示、曲線顯示和模擬畫面。數據顯示部分是對提升機的重要參數進行顯示，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據庫、打印報表、報警提示等功能。

上位機軟件開發環境。監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，系統開始并行采集信號，包括模擬量、邏輯量以及脈沖計數。由模擬量采集得出油溫、油壓和電流的實時狀態，由脈沖計數將計數脈沖轉化為提升機的實時位置，從計數方式上(遞增計數、遞減計數)得出提升機的運行方向(上升、下降)，然后通過數據處理將提升行程轉化為實時的速度和加速度，同時將各參數的大小和狀態送到前面板顯示。從邏輯量的輸入模塊得出油泵運行是否打開。通過參數設置模塊，確定提升機運行各參數的保護設定值，然后將實際得到的參數值與這些設定的參數值在比較報警模塊中進行比較，實際參數值一旦超過設定值，就進行報警顯示，發出報警聲，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字輸出口，通知單片機進行安全制動。系統可對每次循環的提升速度圖進行歷史再現，再現次數可選擇。

4 技術經濟分析

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

參考文獻

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