基于PCI數(shù)據(jù)采集卡的閘瓦間隙實時監(jiān)控系統(tǒng)設計

孟慶春

(山西省機械設備成套局，山西 太原 030013)

基于PCI數(shù)據(jù)采集卡的閘瓦間隙實時監(jiān)控系統(tǒng)設計

孟慶春

(山西省機械設備成套局，山西 太原 030013)

針對傳統(tǒng)提升機閘瓦間隙保護裝置的缺陷，設計了一種以PCI數(shù)據(jù)采集卡為控制核心的閘瓦間隙實時監(jiān)控系統(tǒng)，并對其系統(tǒng)原理、硬件組成及軟件設計進行了闡述。系統(tǒng)可實現(xiàn)對閘瓦間隙、制動力矩的實時監(jiān)測及報警功能，且具有結構簡單、成本低、體積小、抗干擾能力強等特點，具有一定的推廣價值。

提升機；閘瓦間隙；監(jiān)控系統(tǒng)；PCI數(shù)據(jù)采集卡

0 引言

提升機作為礦山生產的關鍵設備，擔負著提升物料、升降人員的重任，其制動裝置直接關系到提升機的安全運行，《煤礦安全規(guī)程》第431條規(guī)定盤式制動閘的閘瓦與制動盤之間的間隙應不大于2 mm。傳統(tǒng)的提升機閘瓦間隙監(jiān)控采用雙觸頭微動開關，易受外界干擾導致誤動作，對生產造成嚴重影響[1-3]。為解決這一問題，各種提升機閘瓦間隙監(jiān)控系統(tǒng)應運而生。

目前的提升機閘瓦間隙監(jiān)控系統(tǒng)普遍選用PLC作為下位機，完成數(shù)據(jù)的采集、處理；上位機采用組態(tài)軟件，如WinCC、LabVIEW等，實現(xiàn)友好的人機交互功能[4-6]。然而提升機閘瓦間隙監(jiān)控系統(tǒng)需采集的模擬量較多，且響應速度要求不高，采用PLC作為下位機需擴展若干模擬量輸入模塊，成本高昂。針對這一不足，本文提出了一種基于PCI數(shù)據(jù)采集卡的閘瓦間隙監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。

1 閘瓦間隙監(jiān)控系統(tǒng)原理

本提升機閘瓦間隙監(jiān)控系統(tǒng)主要對閘瓦間隙、貼閘壓力進行監(jiān)測，所用傳感器為閘瓦間隙傳感器及油壓變送器。閘瓦間隙傳感器采用TPEK-18型電渦流非接觸式位移傳感器，動態(tài)監(jiān)測范圍為1 mm～6 mm，其工作原理為根據(jù)外部金屬的位置移動變化對應輸出電流信號。油壓變送器選用MB300壓力變送器，其工作原理為變送器內部的高性能硅壓阻式壓力充油芯體感知外部油壓，內部的專用集成電路將傳感器毫伏信號轉換成標準電流輸出。

提升機制動閘瓦較多，需安裝16個非接觸式位移傳感器。本監(jiān)控系統(tǒng)中閘瓦間隙傳感器固定于閘瓦端面位置，油壓變送器分別安裝于液壓站的進、出油口，用于采集液壓站進口油壓與出口油壓。閘瓦間隙可由傳感器直接測出，送入上位機實時顯示；貼閘壓力需計算得到。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第432條規(guī)定[7]有以下公式：

(1)

其中：d1為活塞(或油缸)直徑，mm；d2為活塞桿直徑，mm；N為貼閘壓力，N；p為油壓壓力，MPa。

Mz=2NμRn.

(2)

其中：Mz為制動力矩，N·m；μ為閘瓦對制動盤的摩擦因數(shù)，取0.35～0.45；R為制動盤平均摩擦半徑,m；n為制動器副數(shù)。

將油壓變送器采集的油壓壓力代入公式(1)及公式(2)，可求得提升機制動閘貼閘壓力及制動力矩。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

本提升機閘瓦間隙監(jiān)控硬件系統(tǒng)由閘瓦間隙傳感器、油壓變送器、PCI采集卡及工控機組成，圖1為提升機閘瓦間隙監(jiān)控硬件系統(tǒng)實驗模型。PCI數(shù)據(jù)采集卡采用北京中泰研創(chuàng)科技有限公司的PCI8360I采集卡，包括32路模擬量輸入通道，輸入信號范圍為0 mA～20 mA電流。

圖1 提升機閘瓦間隙監(jiān)控硬件系統(tǒng)實驗模型

其工作過程為:

(1) 閘瓦間隙傳感器及油壓變送器實時采集閘間隙、油壓數(shù)據(jù)，并送入PCI采集卡。

(2) 以采集卡為下位機對輸入模擬量進行A/D轉換。

(3) 將經(jīng)過A/D轉換后的數(shù)據(jù)送入上位機組態(tài)軟件中實時顯示。

圖2為閘瓦間隙硬件系統(tǒng)連接示意圖。

圖2 閘瓦間隙硬件系統(tǒng)連接示意圖

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

本提升機閘瓦間隙監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)王6.52進行上位機程序設計，整個系統(tǒng)軟件流程如圖3所示。

首先在組態(tài)王中添加中泰研創(chuàng)PCI8360I數(shù)據(jù)采集卡驅動，在軟件新建設備中選擇對應板卡，為其分配地址。接下來進行人機交互界面的組態(tài)設計。本監(jiān)控系統(tǒng)界面包括主界面、閘瓦曲線、油壓曲線、歷史報警記錄、實時數(shù)據(jù)記錄、故障報警查詢、參數(shù)設置以及產品說明界面，圖4為閘瓦間隙監(jiān)控主界面。

圖4 提升機閘瓦間隙監(jiān)控主界面

系統(tǒng)主要功能如下：

(1) 實時監(jiān)測并顯示提升機閘瓦間隙數(shù)值及曲線，若某閘瓦間隙超過2 mm，組態(tài)界面處對應的閘瓦間隙數(shù)值變紅，報警窗口實時顯示，同時聲音報警，提醒操作人員注意。該系統(tǒng)的閘瓦間隙監(jiān)測精度可達0.01 mm。在實驗室模擬提升機運行情況，對閘瓦1、閘瓦2間隙進行監(jiān)測，圖5為閘瓦間隙實時曲線圖。

(2) 實時監(jiān)測并顯示油壓數(shù)值及曲線，通過計算實時顯示貼閘壓力、制動力矩，若制動力矩超出設定范圍，系統(tǒng)報警。該系統(tǒng)的油壓監(jiān)測精度可達0.01MPa。圖6為油壓監(jiān)控實時曲線界面。

(3) 調用數(shù)據(jù)庫技術，存儲全部報警記錄，并支持任意時刻查詢打印功能。

(4) 系統(tǒng)靈活性好，參數(shù)可調，適應于不同類型的提升機閘瓦監(jiān)控。圖7為參數(shù)設置界面。

圖5 閘瓦間隙實時曲線圖

圖6 油壓監(jiān)控實時曲線界面

圖7 參數(shù)設置界面

4 結論

針對傳統(tǒng)的提升機閘瓦間隙監(jiān)控系統(tǒng)的缺點，本文設計了一種基于PCI數(shù)據(jù)采集卡的新式提升機閘瓦間隙監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)結構簡單、成本低、體積小、抗干擾能力強，具有較高的推廣價值。

[1] 葛世榮,曲榮廉.礦井提升機可靠性技術[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1994.

[2] 肖興明.摩擦提升重大故障及預防[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1994.

[3] 張辰,毛友哲,范進軍.副井提升機閘間隙檢測裝置的改進[J].煤礦機電,2010,31(1):107-108.

[4] 雷汝海,王軍,趙振明.基于S7-300 PLC的制動器閘瓦間隙監(jiān)測裝置的設計[J].工礦自動化,2007,4(11)：86-88.

[5] 張昊.新型提升機盤形閘閘瓦間隙監(jiān)測保護裝置[J].礦山機械,2011,39(3)：37-40.

[6] 程瓊.基于PLC和WinCC的閘瓦間隙實時監(jiān)測系統(tǒng)的設計[J].工礦自動化,2010,5(5)：20-22.

[7] 國家安全生產監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M].2010版.北京:煤炭工業(yè)出版社,2010.

(英文摘要Design of Real-time Monitoring System Based on PCI Data Acquisition Card for Brake Clearance

MENG Qing-chun

(Shanxi Machinery Equipment Bureau, Taiyuan 030013, China)

In light of the limitation of traditional hoist brake clearance protection device, a real-time monitoring system based on PCI data acquisition card for brake clearance is designed. Its system principle, hardware and software design are expatiated. The real-time monitoring and alarm of brake clearance and braking torque can be achieved. The structure of the system is simple, the cost is low, the cubage is small, the anti-interference ability is strong. It possesses better promotional value.

hoist; brake clearance; monitoring system; PCI data acquisition card

1672- 6413(2015)06- 0165- 02

2015- 04- 13；

2015- 10- 17

孟慶春(1989-)，男，山西忻州人，助理工程師，碩士，主要從事機械設備成套、招投標代理工作。

TD534∶TP273

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