基于Labview的礦用液壓支架壓力監測系統設計

孫曉飛,韋朝坤,劉 超,王 偉（安徽理工大學,安徽 淮南 233001）

基于Labview的礦用液壓支架壓力監測系統設計

孫曉飛,韋朝坤,劉 超,王 偉
（安徽理工大學,安徽 淮南 233001）

摘 要：液壓支架在礦井下的應用不可避免，其中壓力是影響其安全的重要因素，針對目前礦用液壓支架壓力監測方面的缺陷，設計了一種基于LabVIEW的礦用液壓支架壓力監測系統。本文主要從系統的整體結構、液壓系統原理、LabVIEW程序進行了設計。采用LabVIEW實時采集存儲支架壓力的工況信息，以單片機和LabVIEW為基礎進行數據的處理與顯示，提高了對液壓支架的實時控制性。

關鍵詞：液壓支架；LabVIEW；壓力監測

0 引言

近年來煤炭工業得到了很大的發展，但煤礦事故卻仍然頻繁發生，如今年1月份安徽淮南礦業集團朱集東礦發生井下冒落事故,多名礦工被困于井下，正是這樣事例的頻繁發生，極大的影響和限制了我國煤炭事業的發展。

現階段，在頂板的支撐方面大多采用液壓支架。采煤工作中，頂板上的壓力不斷發生變化，因此要求對液壓支架承受的壓力進行實時監測。目前，壓力大多靠連接在支架立柱上的自記儀監測，工作人員必須定期到工作面觀測，難以及時獲知液壓支架上的當前壓力[1]。針對這一問題，本文設計了一種基于LabVIEW的礦用液壓支架壓力監測系統，能達到實時監測液壓支架上的壓力，當發生特殊情況時，能及時采取有效措施避免事故的發生。

1 系統構成

液壓支架的壓力通過壓力傳感器讀取，各支架的壓力傳輸到與其相對應的數據采集分站，數據采集分站對采集到的信息進行預處理，在顯示器上顯示該分站的信息。通過電纜與中心總站進行通信，將分站信息及時傳送給中心總站。再通過電纜和傳輸接口把中心總站的信息送給監控主機，主機局域網中的數據就可以和采集到的壓力進行比較，從而使中心總站實現實時監測、故障報警、關鍵數據記錄查詢等功能，其整體設計框圖如圖1所以。

圖1 整體設計框圖

2 硬件設計

2.1 微處理器

本系統的微處理器選用ΑΤMEL公司的ΑΤ89C51，屬于MCS-51系列單片機。C51 系列單片機和ΑΤ89C51 組成的系統不需擴展程序存儲器，從而使其得到廣泛使用。

2.2 數據采集卡

PCI-6221數據采集卡具有16位分辨率、250kS/s采樣率、2路12位模擬輸入、8條數字I/O線及2個24為計數器。通過U SB 接口供電,不需任何外接電源。該采集卡非常適合礦下作業的數據記錄和環境檢測, 同時也可以滿足本系統的測量需要。

2.3 壓力傳感器

壓力傳感器選型：PΤG501應變式壓力傳感器。采用高精度高穩定性電阻應變計做為變送器的感壓芯片，選進的貼片工藝，配套帶有零點、滿量程補償，溫度補償的高精度和高穩定性放大集成電路，將被測量介質的壓力轉換成4～20mΑ、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC等標準電信號。產品結構采用全封焊結構，使之產品的抗沖擊能力、過載能力、產品密封性等性能有了較大提高，產品最高壓力可達到150MPa。產品過程連接部分和電氣連接部分有多種方式，能夠最大限度的滿足用戶的需求[3]。

2.4 應變片的選擇和布置

本文采用型號為BF 120的金屬箔式應變花作為彈性體的應變片，具有線性度好、疲勞壽命高、蠕變小和抗干擾能力強等優點。它的阻值為120Ω，靈敏度系數為2.0[4]。

應變片應布置于彈性體的最大應變處，即液壓支架的頂梁。出于減小信號線輸出的長度方面考慮，在與開有通孔位置相近的地方進行貼片[5]。對橋路進行分析，得到電橋的輸出為：, U0Ue-輸出和激勵電壓

3 軟件設計

根據對液壓支架壓力實時監測的需要，軟件系統設計有登陸模塊、故障監測模塊、數據采集模塊、數據顯示模塊。軟件設計采用NI公司開發的圖形化編程語言LabVIEW，LabVIEW是一款通用的軟件開發平臺，不僅可以提供幾乎所有的經典模擬信號，同時它的易于與數據采集卡集成，在降低成本的同時提高了效率。軟件系統的前面板如圖2所示。

圖2 前面板

4 結語

本文基于LabVIEW技術開發了一套礦用液壓支架壓力監測系統，該裝置可形象地反映礦用液壓支架實時工作狀態，并對該實驗模擬裝置運行的壓力信號進行實時采集和監控。為綜采區工作面頂板的壓力監測提出了一種有效、可行的方法。

參考文獻：

[1]液壓支架壓力監測系統軟件設計[J].電子世界,2012(06):99-100.

[2]基于LabVIEW的礦井瓦斯遠程監控系統[J].工況自動化,2007(04):64-66.

[3]礦井提升設備[M].煤炭工業出版社,1980:53-58.

[4]王朝暉.礦井提升系統新技術及裝備[M].煤炭工業出版社,1999:99-101.

[5]MITSUBISHI electric corporation,FX1N編程手冊[R],2001(04):85-89.

作者簡介：孫曉飛（1987-），安徽亳州人，安徽理工大學在讀碩士研究生，研究方向：機械設計、液壓。