摘要：为提高提升机运行的可靠性和监控效果，以PCI数据采集控制卡为核心，采用LabVIEW 软件设计了矿井提升机监控系统。实现了对提升系统的实时监测，以及提升机运行参数的在线采集、显示与存储，并采用DataSocke技术实现了提升机的远程监控。系统可靠性高，稳定性好，有着广阔的应用前景。

　　关键词: 虚拟仪器; 矿井提升机;监控系统

　　0 引言

　　矿井提升机作为矿山采矿运输系统中的关键机械设备，承担着矿物的提升、人员的上下、材料和设备的运输任务，被称之为矿山的“咽喉设备”。 由于提升机的重要性及工作环境的特殊性，它对于自身系统的可靠性和安全性有着非常高的要求，这就要求有一套可靠的安全措施进行保障。如何确保提升机经常处于安全可靠的运行状态，除了在设计时合理选择运行参数外，关键在于对其进行状态监控。当前，许多煤矿都未设置提升机的监控系统，国外研制的监控系统以ABB公司和GHH公司的产品最有代表性，其稳定性虽好，但价格过高，而且功能方面不能完全满足生产的实际需要;国内研制的针对提升机的监控系统大都是采用单片机技术，存在着抗干扰能力差，可靠性低等问题[1,2]。

　　LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工作平台)是美国National Instruments 公司推出的一种基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具，能够完成数据采集、仪器控制、测量、仿真和数据分析等任务。使用LabVIEW功能强大的图形编程语言能够大大地提高编程效率，使得调试和维护变得相对容易和方便，而且界面直观、醒目、可操作性好。因此，采用虚拟仪器平台LabVIEW来开发提升机监控系统，它能够实现对提升容器运行速度、电枢电流、液压站油压、油温等参数的图形显示，以及各运行参数和状态的数据存储、打印，数据记录的查询等功能。该系统稳定可靠，易于操作，将有着很好的应用前景[1,2]。

　　1系统的硬件组成与工作原理

　　矿井提升机监控系统的组成原理如图1所示。主要由4部分组成：传感器、前端信号调理系统、数据采集卡和计算机。监控系统通过不同的传感器采集信号，传感器将各模拟量和数字量采集进来后，由前端信号调理系统进行放大、滤波并对模拟量进行A/D转换，然后数据采集卡将各传感器的输出信号进行融合，并送入计算机，由监控系统进行处理，从而判断系统的运行情况[3,4]。

　　油温

　　油压

　　电流

　　转速

　　油压传感器

　　电流传感器

　　速度传感器

　　振动传感器

　　位移传感器

　　油温传感器

　　监测信号

　　振动

　　偏摆

　　前端信

　　号

　　调

　　理

　　系统

　　数据采集卡

　　计算机(LabVIEW软件开发平台)

　　上位机

　　打印机

　　图1 监控系统硬件组成原理图

　　1.1数据采集卡

　　数据采集卡的选择应考虑数据分辨率和精度、最高采样速度、通道数、数据总线接口类型、是否有隔离、板卡本身是否带有微处理器、是否具有标定功能、支持的软件驱动程序及软件平台等[5]。结合系统的实际情况，选用研华公司生产的数据采集卡PCI-1713，它是一款PCI总线的隔离高速模拟量输入卡，它提供了32个模拟量输入通道,采样频率可达100KS/s，12位分辨率及2500YDC的支流隔离保护。

　　1.2传感器的选型

　　传感器的选择应考虑测量对象、测量环境、灵敏度、频率响应特性、线性范围、稳定性、精度等[6]。结合矿井提升系统的情况，系统拟采用WZPK-136铠装式温度传感器测量液压站的油温，PTP503压力传感器测量油压，Hal-12霍尔转速传感器测量转速，BS4I-N交流电流变送器测量电流，ST-l型非接触式电涡流传感器测量制动盘的偏摆量，以及CFGJ01A型固态加速度传感器在测量电动机、减速器、主轴轴承的振动信号[6,7]。

　　2系统的软件设计

　　基于LabVIEW的矿井提升机监控系统是采用模块化的思想进行编写的。监控程序是实时多任务管理程序，实现数据采集、处理、显示、记录及主状态量的监控等功能。根据系统的目标及功能，系统软件结构框图如图2所示。

　　监控软件主体

　　参数

　　设

　　置

　　模

　　块

　　系

　　统

　　登

　　录

　　模

　　块

　　数

　　据

　　采

　　集

　　模

　　块

　　数

　　据 处

　　理

　　模

　　块

　　查

　　询

　　存储

　　模

　　块

　　显示报警

　　模

　　块

　　远程传输

　　模

　　块

　　图2 监控系统的软件组成

　　监控系统的主操作界面是如图3所示，它能够动态实时的显示整个提升机的运行过程，由数据采集、数据分析、参数设置、数据存储、报警等模块组成[8]。

　　图3 监控系统的主操作界面

　　2.1系统登录模块

　　系统登录模块分为两部分，一部分是用户信息，另一部分是登录程序。主要实现对用户的管理，用户分成管理员，操作员和一般用户，管理员权限最高。一般用户只能够查看系统的状态。实现用户的分级管理，有助于提高系统的安全性[9]。

　　2.2数据采集模块

　　数据的采集就是在计算机控制下，通过A/D转换器把连续变化的模拟量转化为数字量。它是将模拟信号按一定的时间间隔抽取其瞬时值，从而把一个连续时间函数信号变成每隔一定时间间隔才有函数值的离散信号样本集。监控系统采用研华公司的数据采集卡PCI-1713，它自带有LabVIEW接口函数库，通过设置循环结构、建立全局变量等方式可以方便地实现数据采集功能。首先启动数据采集卡，进行采集通道和增益设置，通过软件定时器设置采样周期在一个采样周期内，程序不间断地扫描指定的一个或多个通道，并返回采样结果到计算机中进行实时处理、显示和存储;采集过程一直持续直至采集到了指定的时间点或者LabVIEW主动中止采集过程 [10]。

　　2.3查询存储模块

　　为获得系统的运行参数和状态，更好的管理和分析提升数据，及时发现故障，需要将数据存储起来，保存到数据库中，供事后处理分析时使用。存储查询模块是通过LabVIEW的数据库访问工具包LabSQL对数据库进行调用实现的。

　　LabSQL是一个免费的、多数据库、跨平台的LabVIEW数据库访问工具包，利用Microsoft ADO以及SQL语言完成数据库访问。利用LabSQL控件将采集到的多路传感器信号存储到Access数据库中，可以方便地对数据进行操作。数据存储查询流程如图4所示。数据库操作程序是应用ADO技术完成的。Connection对象用来和数据库建立连接，Recordset对象用来处理记录集，数据库的所有操作都是在这两个对象的基础上进行的。首先建立与数据库的连接，其次建立与记录集对象的连接或执行SQL查询，然后添加数据或获取查询结果，最后断开与数据库的连接[11]。

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