摘要：礦井提升機(jī)是礦山重要的生產(chǎn)設(shè)備，礦井提升機(jī)的可靠運(yùn)行直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的安全。傳統(tǒng)的測(cè)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(chǎn)的現(xiàn)實(shí)要求。文章提出了利用虛擬儀器技術(shù)來完成提升機(jī)各種測(cè)試和日常維護(hù)應(yīng)用，從而提高提升機(jī)的故障診斷和日常維護(hù)效率并大幅降低維護(hù)成本，在日常生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；提升機(jī)；故障診斷；LabView；檢測(cè)儀器

中圖分類號(hào)：TD534文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）04-0065-02

作為提供礦井內(nèi)部聯(lián)系重要任務(wù)的礦井提升機(jī)，是礦山重要的生產(chǎn)設(shè)備之一，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中占有非常重要的地位?，F(xiàn)代的礦井提升機(jī)提升量大、速度高、安全性高，已發(fā)展成為電子計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)重型礦山機(jī)械。礦井提升機(jī)的可靠運(yùn)行直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的安全。

傳統(tǒng)的測(cè)控儀器強(qiáng)調(diào)硬件技術(shù)的先進(jìn)性，購置和維護(hù)的成本高昂、系統(tǒng)適應(yīng)性比較欠缺，產(chǎn)品升級(jí)換代困難，系統(tǒng)接口往往不是開放的，難以適應(yīng)日益多樣化的礦山機(jī)械設(shè)備的日常維護(hù)和故障診斷需求。虛擬儀器技術(shù)利用柔性高效的軟件技術(shù)結(jié)合先進(jìn)的組合式硬件來完成各種測(cè)試和日常維護(hù)應(yīng)用，在礦山機(jī)械的故障診斷和日常維護(hù)中發(fā)揮了越來越重要的作用。

一、虛擬儀器技術(shù)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(shù)包括硬件技術(shù)和軟件技術(shù)，硬件技術(shù)以GPIB、PXI等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)接口總線發(fā)展為標(biāo)志，其功能是獲取被測(cè)的物理信號(hào)；軟件技術(shù)則以VISA等最新軟件標(biāo)準(zhǔn)和Labview等先進(jìn)開發(fā)平臺(tái)為核心的，其作用是通過靈活的監(jiān)控信息收集和診斷，輸出各種靈活的報(bào)表，并通過分布式計(jì)算技術(shù)建立模擬提升機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，從而能夠通過輸入各種命令對(duì)提升機(jī)進(jìn)行診斷，大大提高提升機(jī)日常維護(hù)的效率，并節(jié)省大量的硬件采購成本。

形象地說，虛擬儀器就是通過計(jì)算機(jī)軟件將普通電腦與模塊化的測(cè)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(shè)計(jì)的儀器，從而完成數(shù)據(jù)的收集、處理、判斷、輸出結(jié)果等功能。虛擬儀器可以分為三個(gè)部分，即輸入端、輸出端和數(shù)據(jù)處理中樞。

二、基于Labview的礦井提升機(jī)故障診斷虛擬儀器開發(fā)

基于Labview的提升機(jī)故障診斷虛擬儀器，主要用于提升機(jī)振動(dòng)信號(hào)的采集和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，充分地發(fā)揮了虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使測(cè)試精度、穩(wěn)定性和可靠性得到充分保障。系統(tǒng)中所使用的硬件設(shè)備包括：筆記本電腦、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)線、數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)上均采用了模塊化結(jié)構(gòu)，由信號(hào)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(gòu)成；軟件采用單片機(jī)匯編語言編制，由主程序和若干個(gè)子程序構(gòu)成。設(shè)計(jì)中充分考慮到故障診斷系統(tǒng)惡劣的使用環(huán)境，使整機(jī)性能穩(wěn)定。系統(tǒng)對(duì)各個(gè)傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行采樣，由主處理器進(jìn)行計(jì)算、判斷，結(jié)果送入顯示器。

（一）系統(tǒng)硬件構(gòu)成

煤礦提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的硬件是以微機(jī)為核心的可編程的數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，從實(shí)用性、靈活性、研制周期、性能價(jià)格比和應(yīng)用推廣等角度考慮，本系統(tǒng)硬件部分采用NI公司的筆記本數(shù)據(jù)采集模塊等，開發(fā)平臺(tái)為優(yōu)秀的圖形化語言Labview，所開發(fā)測(cè)試儀器功能強(qiáng)、精度高、測(cè)試速度快、實(shí)時(shí)性好以及具有友好的人機(jī)界面，在現(xiàn)場應(yīng)用中得到了良好的效果。圖1為系統(tǒng)的硬件構(gòu)成圖：

（二）總線形式選擇

虛擬儀器技術(shù)的最主要的特點(diǎn)是不僅可以通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)靈活的測(cè)試和各種測(cè)量動(dòng)作，更重要的是它可以通過各種不同的接口總線實(shí)現(xiàn)各種測(cè)試環(huán)境，從而適應(yīng)礦山機(jī)械多樣化的現(xiàn)實(shí)要求。按接口總線的組成方式劃分，虛擬儀器系統(tǒng)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(tǒng)、VXI接口系統(tǒng)、PCI系統(tǒng)、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(diǎn)和成本，最終選擇PCI總線形式。

（三）診斷系統(tǒng)功能構(gòu)成

該診斷系統(tǒng)具有在線監(jiān)測(cè)和離線分析功能，采用高速磁盤流技術(shù)、逐點(diǎn)分析技術(shù)和信號(hào)處理功能實(shí)現(xiàn)了8通道的數(shù)據(jù)的高速采集、動(dòng)態(tài)顯示、實(shí)時(shí)分析和數(shù)據(jù)處理等目的。

系統(tǒng)將利用時(shí)域分析等方法動(dòng)態(tài)采集和分析設(shè)備狀態(tài)，可以方便地進(jìn)行診斷處理。通過實(shí)際應(yīng)用，該虛擬儀器配置合理、能適應(yīng)礦井復(fù)雜工作環(huán)境、操作界面人性化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)合理，信息采集和設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度滿足日常工作需要，為礦井提供了創(chuàng)新和便捷、高性價(jià)比的提升機(jī)檢測(cè)和診斷手段。

（四）軟件總體設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)遵循如下原則：

1．模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)的軟件架構(gòu)符合軟件工程要求，有利于軟件功能的拓展和完善。同時(shí)，軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)采用軟件工程的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)流圖和設(shè)計(jì)用例并進(jìn)行嚴(yán)格的軟件測(cè)試。

2．可擴(kuò)充性。是指根據(jù)實(shí)際的要求，系統(tǒng)可被方便地裁剪和靈活的擴(kuò)展，使系統(tǒng)能適應(yīng)變化和新情況。虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)采用分布系統(tǒng)，子系統(tǒng)的增加或子系統(tǒng)功能的增加應(yīng)該只是功能模塊的增加，因此系統(tǒng)不會(huì)受礦山機(jī)械技術(shù)升級(jí)改造影響。

3．具有一定的保護(hù)措施。由于礦井工作環(huán)境比較惡劣，系統(tǒng)應(yīng)具備一定的容錯(cuò)和保護(hù)措施，對(duì)于重要的采集數(shù)據(jù)要周期性轉(zhuǎn)存到硬盤等介質(zhì)，以防因停電等意外而損失歷史采集資料。

程序總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：

參考文獻(xiàn)

[1]黃松玲，吳靜．虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2008．

[2]侯國屏．LabVIEW 7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M]．清華大學(xué)出版社，2005．

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

（責(zé)任編輯：趙秀娟）