矿井提升机监测系统设计

矿井提升机监测系统设计摘要：矿井提升机是矿井生产的“咽喉”。制动系统作为矿井提升机的重要系统，一旦损坏或出现故障，将直接导致煤矿生产的停滞，还可能引起重大事故的发生。本文把计算机技术、数据库技术等结合起来，基于组态软件平台设计了一套多绳摩擦提升机制动系统的状态监测系统。首先阐述了对矿井提升机进行故障诊断的目的和意义，然后简述了矿井提升机的基本结构和故障机理，提出了监测方法。最后，完成对监测系统总体方案的设计,监测系统的设计主要包括硬件系统的设计和软件系统的设计。在硬件方面，根据实际情况选择合适的传感器和安装位置，通过数据采集卡，完成对各个信号的采集；在软件方面，通过组态王软件，达到数据实时显示、故障报警等，以提醒工作人员进行维修处理。关键词：矿井提升机，故障机理，制动系统IDesignofMonitoringSystemforMineHoistAbstract：Minehoististhe“throat”ofmineproduction.Thebrakingsystemisregardastheimportantsystemofminehoist，oncethebrakingsystemisbreakdownorappearsmalfunction,whichwilldirectlyleadtothestagnationofthecoalmineproductionandmayalsocausegreataccidents.Thecomputertechnology,databasetechnologyandsoonarecombinedtogetherinthisarticle,asetofthebrakingsystemstatemonitorofmulit-ropefrictionhoistbasedonconfigurationsoftwareplatformisdeveloped.thepurposeandsignificanceoftakingfaultdiagnosisforminehoistisfirstlydescribedinthisdesign,thenthebasicstructureandfaultmechanismoftheminehoistisdescribed,andthemonitoringmethodisputforward.Finally,thedesignoftheoverallschemeofthemonitoringsystemisfinished.Thedesignofthemonitoringsystemincludesthedesignofthehardwaresystemandthedesignofthesoftwaresystem，Inthehardware,theappropriatesensorandtheinstallationpositionisselectedaccordingtotheactualsituation,completingtheacquisitionofeachfaultysignalthroughadataacquisitioncard；Inthesoftware，ThroughtheKingviewsoftware,achievingtheproceduresoffailurealarm,real-timedisplayofdatesandsoonforthestafftorepair.Keywords：Minehoist，Faultprinciple，BrakingsystemII目录1前言.11.1国内外研究动态.21.1.1制动系统.21.1.2组态软件.31.2主要研究内容.31.3小结.42制动系统及其故障机理分析.42.1引言.42.2矿井提升机的主要技术参数.52.3制动系统结构简介.62.3.1盘形闸.62.3.2液压站.72.4制动系统主要故障及评定标准.72.4.1制动系统主要故障及其机理分析.82.4.2制动系统主要故障评定标准.82.5小结.93监测系统方案设计.93.1引言.93.2监测内容设计.103.3系统总体方案设计.103.3.1数据采集.103.3.2数据存储.113.4系统功能设计.163.5小结.174监测系统硬件设计.174.1引言.174.2系统硬件选型设计要求.174.3系统硬件的选型设计.18III4.3.1传感器的选型和监测点的选择设计.184.3.2数字采集卡的选型设计.194.3.3工控机的选型设计.204.4系统硬件连接.214.5小结.215监测系统软件设计.225.1引言.225.2监测软件开发平台与设计.225.2.1监测软件开发平台Kingview.225.2.2监测界面设计.235.2.3监测软件与外部设备的连接.325.2.3.1定义I/O设备.325.2.3.2定义数据库变量.355.2.4监测软件动画连接设计.375.2.5监测软件运行与调试.385.3数据库设计.385.4小结.396结论.39参考文献.41致谢.4301前言随着计算机越来越深入我们的生活，我们对设备的监测手段也越来越想以计算机为核心的监测技术转移，这样就可以实现“预知维修”，减少事故的发生和人员的伤亡。而现在采矿企业还在执行的是不合理的两种维修制度，一种是“定期维修”，这种方式的缺陷是没有达到维修效果的最大化，也就是说，由于没有对即将发生的故障进行合理预测，所以虽然对一部分故障进行维修，但是没有对隐形故障采取相应的措施，不可避免地在以后运行过程中还要发生事故，所以此方法不可取；另一种是“过期维修”，这种方法是在设备还处于正常运行期间却因为到了指定维修时间不得不进行检修，这显然造成了人力、物力、财力浪费，极大影响了工作效率，所以也不可取。“预知维修”的应用，可以极大解决上述问题，并越来越成为保证采矿企业安全生产的重要技术。采用这种技术，可以对设备的状态进行实时监测，并在故障发生前发出报警信号，不仅提高了维修效率，还使维修费用减少百分之三十到百分之四十。矿井提升机是采矿企业实现从采矿到分析加工的重要的中间设备，还可以提升设备和作业人员，是矿上和矿下沟通的桥梁。作为矿井生产的“咽喉”，提升机发挥了十分关键的作用。因此，矿井提升设备状态的好坏不仅仅关系到煤矿的生产加工能力以及国家社会的经济效益，更关系到井下作业人员的生命安全。万一提升机出现故障，不仅影响企业的正常生产，带来经济损失，更重要的是有可能造成不必要的人员伤亡。国家这几年对于企业的安全生产也提出和采取了一系列措施，将人的安全放在首要地位，比如首次提出可靠性系统工程的概念，切实可行地是企业认识到安全无小事。对设备实现预知维修，不但可延长设备安全运行时间，更重要的是还可以预知故障的发生，从而减少了很多突发故障。这对提高煤矿企业的生产效益具有重大意义。实现预知维修的关键技术是对设备的动态监测与运行过程中故障的在线诊断。基于此，研究人员研究出了设备实际运行状态监控与故障诊断技术，在实践生产中取得了不错的反响，并被广泛应用。这套技术把提升机的安全可靠性放在突出重要的位置。它能实现对设备故障的发展可以作出早期预警；对故障原因、发生故障部位、故障的危险程度等进行判断和评价；掌握故障的发展动向，将影响安全生产的不稳定因素消灭在萌芽之中1。1提升机制动系统的质量可以说对安全生产直接相关。就像汽车刹车一样，若不能及时制动，后果不堪设想。根据刹车系统故障造成事故的统计分析我们可以看出，这种类型的故障引起的事故约占所有提升事故的百分之六十以上2到目前为止，全国的煤矿机制动系统失效导致了许多重大事故的发生。如：淮北矿务局的紧急制动断绳事故；石台煤矿重载箕斗坠入井底事故，这都给企业安全生产敲响了警钟3。本文研究的目的和意义在于：通过对引起提升机制动系统故障的主要变量进行监测，可以在提升机故障发生之前发现和判断矿井提升设备或者制动系统是否存在故障。若存在故障，则及时发出报警信号，维修工作人员会根据监测系统软件和相关故障机理分析判断出可能发生故障的部位并提前采取相应的措施，这样就可以避免或减少事故的发生，提高加工生产效率，从而减少事故给企业或国家带来的巨大财产损失，最重要的是一定程度上保障了矿井作业人员的生命安全。本文研究实现了按状态维修，克服了“定期维修”，的不足，通过延长检修周期提高了设备的维修管理水平；通过缩短检修时间提高了检修质量，最大程度发挥出了“预知维修”的效果。1.1国内外研究动态1.1.1制动系统国内目前制动系统广泛采用油压盘式闸制动系统。包括制动器和主要由溢流阀控制的液压站。溢流阀是一种压力控制阀，对油液抗污染能力较差，在实际工作过程中容易出现阻尼孔和阀口堵塞情况，造成调压失灵。另一方面由于溢流阀采用喷嘴挡板式调压结构，压力由十字弹簧控制，加上本身体积比较大的缘故，会造成动作迟缓，给生产留下一定的安全隐患。所以，这种装置故障常表现为残压过高，制动力矩不够；达不到对油压稳定调节的目的。基于上述缺点，从更好、更快、更精确地发挥制动系统的功能这个角度出发，许多企业对矿井提升机的液压系统进行改良，由于弹簧调压的不稳定性，所以变为由电磁铁+溢流阀的形式进行调压，即电液比例溢流阀调压，这种形式的调节装置在液压控制系统充当先导阀的角色,并通过输入电流比例控制压力.这种装置较前一种装置比起来压力调节较为稳定精确、线性度和动态性能良好、作用跟随时间短。因此得到了广泛应用。2在制动原理方面，现在我们我们还是采用不变力矩的方法，不管提升机处于什么样的速度，也不管提升机提升多大重量的物体，制动力矩是不随外界环境变化而变化的。而由于受各种外界因素的影响，安全制动力矩是在整定值附近上下变动的，存在安全隐患，而且有些情况下增加不必要的额外支出。基于恒力矩控制存在的上述缺陷，国外技术不断改进，目前日趋先进和成熟。比如70年代末研制出的减速度可控安全制动系统已经具有成型产品，并由模拟量控制。随着技术的进步，国外又采用了以模拟电路为主的PLC参与控制，它的特点是可靠性高，抗干扰能力强，体积小，重量轻，能耗低。代表产品：SIEMENS公司的S3配套液压控制系统。目前，世界上越来越多的国家采用恒减速制动系统来改善制动性能，它的特点是安全高效地制动技术-通过在制动状态下根据检测到的减速值提供不同的油压值使制动力矩可以自动调节，不受不平衡负载影响，最后达到制动减速度恒定的目标。恒减速制动系统还能在自身失灵后转变为二级制动，使紧急制动时对设备和罐笼内人员的强烈冲击现象有较大改善，大大延长了提升设备的寿命，给企业安全生产带来保证。1.1.2组态软件组态软件的发展在我国起步较晚，但发展较快，如北京亚控公司生产的“组态王”。而国外的组态软件发展较为先进，可靠稳定的性能给企业生产带来了很多效益，技术上领先于国内的软件，而且作为配套软件或通用软件，在市场上形成了很强的竞争力。如美国Wonderware公司的INTOUCH。但由于国外软件功能复杂，给操作人员的设计安装和维修故障带来很多不便，很多小型企业无法承担高昂的费用放弃国外的软件；而且有些软件是外文界面，操作起来也不是十分方便。基于此，国外的软件还需要针对中国的具体状况作出一些改进1.2主要研究内容本文研究的主要内容有：设计一种矿井提升机监测系统。监测系统应具有以下主要功能：3实时显示被监测参数；当被监测参数异常时，可进行声光报警；被监测参数的正常与异常范围可通过软件进行设置与更改。因此，通过分析此次课题设计目的和系统要实现的功能，确定大致环节如下：（1）分析矿井提升机系统组成和各个系统的典型故障；（2）针对矿井提升机故障，分析故障机理并结合实际工况，确定需监测参数；（3）设计矿井提升机监测系统的基本框架；（4）设计在线状态监测与故障诊断系统硬件结构；（5）设计与上述硬件结构配套的软件的开发及其成效的实现；1.3小结本章为绪论部分。首先针对研究课题了解了背景，从安全角度出发说明了研究意义，其次，阐明了国内外在该课题研究上所作出的努力和贡献，最后通过分析此次课题设计目的和系统要实现的功能确定该课题研究的大致流程。2制动系统及其故障机理分析2.1引言多绳摩擦式提升机的基本结构主要由机械系统、液压系统和电气系统组成。基本结构如图2.1所示。4工作机构主轴装置和主轴承制动器制动系统液压传动装置联轴器机械传动系统减速器润滑系统润滑油站操作台多绳摩擦提升机观测和操纵系统深度指示器测速发电机装置电动机电气系统电气控制系统供电系统司机椅子辅助部分机座、机架导向轮装置、车槽装置图2.1多绳摩擦式提升机基本结构组成2.2矿井提升机的主要技术参数5本课题所用提升机型号：JKM2.8*6(I)A；查阅资料知为JKM系列塔式摩擦式矿井提升机（机房设在井筒顶部塔架上）如图2.2所示图2.2井塔式多绳摩擦式矿井提升机提升系统示意图其余参数如下：电机型号：YR800-12/1430，额定功率800kW,定子电压600V，定子电流100A，转子电压900V，转子电流555A，额定转速492r/min，同步转速500r/min；减速器参数：型号XP1120，速比11.5，传动效率0.92，最大扭矩400KN.M；卷筒参数：卷筒直径2800mm，宽度为2022mm；导向轮参数：直径2500mm；主轴轴承参数：型号23296，规格480870310，节圆直径D=634mm，滚动体直径d=86mm，滚动体数目Z=16（单列），内圈滚道半径r1=276mm，外圈滚道半径r2=359mm，接触角1928.4。液压站参数：额定工作油压6.3MPa，油泵最大总流量12L/min，油箱容积600升，允许最高油温70，采用#32号抗磨液压油；调速方式：交直交变频调速。2.3制动系统结构简介2.3.1盘形闸盘形闸作为制动系统的一部分，分为块闸和盘闸，目前盘闸应用较多，它有工6作平稳可靠，制动性能好等优点。盘闸制动系统包括盘闸制动器和液压站两部分。本课题所研究的提升机也是这一类型的制动系统，如图2.4所示工作过程如下：当液压站通过溢流阀提供给制动器油压小于弹簧弹力Fl时，弹簧力Fl会起主导作用，推动闸瓦，进而在制动盘与提升机旋转部分摩擦作用下减速最后停止，达到制动效果；反之，当大于弹簧弹力时，液压站油压力F2起主导作用，减少弹簧变形量，此时闸瓦在弹簧拉力作用下回缩，解除与提升机旋转部分的摩擦作用，达到松闸的目的。如图2.3所示图2.3制动闸工作原理图图2.4多绳摩擦式矿井提升机盘形闸2.3.2液压站液压站是制动系统的另一部分，是对油压的调节装置，通过对油压控制可以间接实现提升机的制动、运转、调速，在提升机运行过程中发挥了重要的作用。其主要功能是：1工作制动2井中二级安全制动在提升机发生故障时，可以快速的使油压下降到某一特定值，以快速制动，然后在制动器延时作用下，油压再变为0，使设备状态处于全制动。3.井口一级安全制动和二级安全制动不同之处在于可以直接实现全制动，即油压值可以迅速回到072.4制动系统主要故障及评定标准据统计分析，制动系统出现故障占全部故障的60%以上2。因此，分析提升机制动系统常见故障是非常必要的。2.4.1制动系统主要故障及其机理分析提升机的制动系统故障主要来自于制动力矩失效，下面对其进行故障机理分析。第一，当液压盘式制动器在机械设备中运行一段时间后，闸瓦会发生磨损，从而导致闸瓦与制动盘之间的间隙变大，使得制动器中的碟型弹簧组的预压缩量变小，闸瓦作用在制动盘上的正压力值也会变小，从而导致液压盘式制动器的制动力矩不足。第二，当液压盘式制动器的油缸内的油的质量太差或是因为油受污染等因素造成的油路堵塞，从而导致油路管道的阻力过大使得液压盘式制动器里的油液不能够完全的回流到油箱内，从而导致液压盘式制动器的工作腔内的残压过大，使得闸瓦作用在制动盘上的正压力减小，制动力矩也减小造成液压盘式制动器的失效。第三，液压站是通过液压油的压力调节实现制动或松闸。影响液压油制动性能的重要因素是温度，当温度过高时，油压不能稳定可靠地调节，所以不能进行安全制动。2.4.2制动系统主要故障评定标准13根据相关国家标准和法律规程和机械行业标准：1.制动器的闸瓦间隙不得大于2mm；2.液压站油温温升34，最高油温70；3.分两部分：最大工作油压标准结合实际工况，并按一级制动和二级制动分开计算，突出全面性、实际性、准确性；残压按规程里的相关标准：若大于规程里的最大值，判定为残压过大故障，若小于规程里的最小值，判定为残压过小故障。（1)采用一级制动方式工作油压的计算8当0.9231.33时，最大油压P的计算取值为：P=+P1+P2+P3zf2.3n-表示提升机闸瓦副数；u-表示闸瓦对制动盘的摩擦系数；Rz-表示制动盘制动半径，m；A-表示制动缸活塞有效作用面积，mm2；f-表示提升系统质量模数f=MRm式中：M-提升机最大静阻力距，Nm;P1-保证全松闸时闸瓦间隙所需油压，Mpa;P1=KAmD式中：K-盘形弹簧刚度，N/mm;D-全松闸时闸瓦与制动盘间的间隙；m-制动缸内盘形弹簧片数；P2-油缸密封等阻力折算油压，取p2=0.30.4Mpa;P3-油压系统残压，即液压站工作时最低油压值，取p3=0.5Mpa。（2)采用二级制动方式工作油压的计算最大工作油压P+P1+P2+P3RzuAnM232.5小结本章首先分析了提升机制动系统的组成结构和介绍了技术参数，然后对制动系统的主要故障即制动力矩失效的故障机理进行了分析，然后参考相关行业标准和国家标准以及相关文献提出了制动系统主要故障评定标准。93监测系统方案设计3.1引言监测系统方案需要对该监测系统需要确定监测参数并对硬件系统进行设计，针对监测系统需要实现的功能对需要用到的软件系统进行阐述，并将两大系统联系起来，实现对提升设备的实时监测。3.2监测内容设计提升机制动系统监测的主要内容有以下三个方面：（1）闸瓦间隙监测闸瓦间隙是监测制动系统需要监测的最重要的变量，因为闸瓦间隙的大小直接关系着制动效果的好坏。通过监测闸瓦间隙并进行数据分析，可以为后面故障诊断提供有力的依据。闸瓦间隙过大或过小都会造成运行不安全，因此，必须对闸瓦间隙进行实时监测，间隙过大或过小必须马上调整。（2）油压监测监测油压，即对一次提升过程中制动器实际工作需要的最大工作油压和残压两部分进行监测，以判断液压站提供的油压是否失效。制动系统实现制动是通过调节油压实现的，若油压不能达到相应的最大工作油压，则液压系统出现故障。另外，残压影响制动系统对制动盘正压力的大小，过大过小制动系统不能进行安全制动或松闸，因此需要对油压进行监测。（3）油温监测由第二章的相关内容可知，对液压系统的油温和油压进行监测，是实现安全制动的可靠保障。3.3系统总体方案设计3.3.1数据采集10数据采集是对故障分析的第一步，准确采集数据才能更准确地判断故障发生的位置，进而可以根据数据的变化过程对故障的发展趋势做出预报，对故障维修具有重要的意义。基于组态王的总体方案如图3.1所示。对象传感器设备驱动程序计算机组态软件开发平台监测界面设计工况监测数据存储数据采集卡图3.1基于组态软件的数据采集系统结构系统硬件由工控机、传感器、数据采集卡组成，软件主要是由组态软件和数据库软件组成。数据采集过程如下：（1）传感器测量物理信号，将其转换为电量信号；（2）数据采集卡收集到电信号，并进行放大或其他形式的处理，以便于计算机能处理这些模拟信号；（3）通过采集程序，数字信号被读入计算机；（4）在组态软件平台下，实现数据的实时采集和显示，完成对设备的实时工况监测。3.3.2数据存储数据存储是在服务器数据方面实现组态王软件与其他ODBC数据库的交换和调用功能。这个功能是利用组态王的SQL访问功能并进行软件编程实现的。完成组态王与SQL数据库的数据交换，需经过以下几个步骤：（）创建表格模板打开组态王工程浏览器界面，在左侧大纲项找到“SQL访问管理器”，并双击其中的“表格模板”选项，然后在右边的界面内双击“新建”选项，这时会弹出一个11“创建表格模板”对话框（如图3.2所示），将模板名称和所要填的定义字段各项都填写完整后，点击“确认”完成表格模板的创建。图3.2表格模板的创建（2）创建记录体用和创建表格模板相似的方法，继续在组态王工程浏览器界面，在左侧大纲项找到“SQL访问管理器”，并双击其中的“记录体”选项，然后在右边的界面内双击“新建”选项，这时会弹出一个“创建记录体”对话框（如图3.3所示），将记录体名称和所要填的定义记录体各项包括字段名称和与组态王相关联变量都填写完整，需注意的是记录体里的字段名称和增加字段的顺序与表格模板是完全一致的，点击“确认“完成记录体的的创建。12图3.3记录体的创建（3）定义数据源在计算机控制面板里找到“管理工具”，在“管理工具”的选项中找到“数据源选项”，双击它，会弹出一个“ODBC数据源管理器对话框”。在对话框上端找到“系统DSN”选项。再点击“添加”选项，会出现一个“创建新数据源”界面，在这儿可以选择想为其安装数据源的驱动程序，在下拉列表中找到名为“MicrosoftAccessDriver（*.mdb）”的选项后，选好后点击“完成”。这时屏幕上会出现一个“ODBCMicrosoftAccess安装”对话框，填写数据源名称tishengji，点击数据库的“选择”选项，在系统中选择组态王要连接的数据库服务器，设置登录数据库的登录ID和密码，选择数据存储时的数据库，并完成数据库的驱动安装。安装完之后，安装完之后测试数据源是否配置成功，若显示如图3.4的结果，则说明配置成功。点击“确定”结束本过程。13图3.4测试成功（4）对数据库的操作连接数据库本过程需在组态王中使用函数SQLConnect(DeviceID,dsn=;uid=;pwd=)编写程序来实现，DeviceID是SQLConnct()产生的连接号。如图3.5所示，在组态王启动时执行SQLConnect(DeviceID,dsn=tishengji;uid=;pwd=)这条语句，就能实现组态王和数据库的连接，连接成功与否，我们可以通过组态王信息窗口来查看，如图3.6所示。图3.5连接数据库14图3.6连接数据库成功创建表格在数据库中创建表格需用到函数SQLCreateTable(DeviceID,TableName,TemplateName)，其中，DeviceID是SQLConnct()产生的连接号。如图3.7所示，在组态王启动时，执行SQLCreateTable(DeviceID,zhidong,制动table)这条语句，那么就会在数据库中创建一个名为“zhidong”的表格。图3.7创建表格语句保存数据到数据库15在数据库的表格中插入一条记录需用到函数SQLInsert(DeviceID,TableName,BindList)，其中，DeviceID是SQLConnct()产生的连接号，TableName是数据库的表格名，BindList是记录体名。如图3.8所示，在“zhidong”表格里插入一条记录，记录体名为“制动bind”，在事件命令语言中，编写SQLInsert(DeviceID,zhidong,制动bind)语句，组态王运行时会自动向数据库“zhidong”表格中插入一条记录。图3.8插入记录语句断开数据库断开与数据库的连接使用函数SQLDisconnect(DeviceID)，DeviceID是SQLConnct()产生的连接号。3.4系统功能设计（1）在线数据监测：这是该系统最基本的功能，监测的数据为模拟量。所设计的界面要求能够真实地描绘现场的状态，并与实际的运行状态同步。在线监测方式的优点就是能够实时采集并对采集的信号能够进行分析处理，维修人员根据显示的数据判断设备所处的运行状态，进而进行故障诊断，最大程度地发挥整个系统的“预知维修”的功能；（2）趋势图功能：本课题趋势图即液压站的温度信号、压力信号以及闸瓦间隙值的实时曲线图。曲线图的纵坐标为模拟量的动态监测值。曲线图能直观地描述动16态信号的变化趋势，根据变化趋势就能够判断设备是否处于正常的运行状态；（3）报警功能：在报警配置中，记录报警事件到指定的文件中或数据库中，方便打印和查看；另一方面，报警窗口的列中包括报警日期、报警时间、变量名、报警类型、报警值、报警组名、优先级等，操作员可在报警窗口中看到最近发生的报警、过去已确认的报警、未被认知的报警和最高优先级的报警。当设备的振动监测量超过了限值，报警信息就会显示到报警窗口中，并产生报警记录；（4）历史数据存储功能：组态王可以对监测设备的历史运行过程的各参数的实际值进行保存，方便用户调取和研究。在历史库配置中，设置历史数据的保存天数以及存储路径，当数据存储所处的磁盘空间不足时则给予报警提示；（5）报表查询和打印：组态王强大的数据库查询功能还具有按照用户指定的时间范围将被监测量以报表的形式呈现给用户，用户可以根据需要导出或下载打印指定监测量在历史运行一段时间内的报表，以便存档或供领导查看；（6）帮助功能用户通过查看帮助文件，能很快地了解该系统的用途，并且能够正确的操作和使用该系统。3.5小结本章针对该监测系统首先确定了监测内容，并对系统基于组态王的整体方案以框图的形式给出，包括数据的采集、数据的存储，对这两部分的实现过程要采取的相关计算机设置分别给予了全面地介绍。通过前者方案的实现，为计算机提供了设备实时运行的数据。利用组态王的SQL访问功能，完成了组态王和数据库的数据交换。最后，对该系统所具备的功能作了详细的说明。4监测系统硬件设计4.1引言一个相对比较完整的监控和诊断系统相应的监控软件和硬件系统必须安装。在该系统中，重要部分在于监控软件系统。对软件进行监控的目的在于系统获得外界信号并对其进行处理、分析，从而可以比较方便地达到监测和诊断现场设备（矿井17提升机）的运行状况，最终实现“预知维修”或“状态维修”。另一大系统-硬件系统是为监控软件提供信息，不仅是软件系统外部信息的主要来源，而且是系统监控软件的基础操作。因此，设计一套对外界环境抗干扰能力强，能比较精确地监测到所要监测的量且满足实际生产需要的硬件系统是十分必要的，对于监测到的关键数据用来进行故障判断和分析是非常有帮助的。硬件系统的方案设计包括传感器的选型和安装位置的选择，数据采集卡的选型，工控机的选型。4.2系统硬件选型设计要求1、矿井提升机和低速重负荷的旋转机械，其工作环境不好，所以系统硬件必须具备较强的耐腐蚀、耐高温等优点，高可靠性，抗干扰能力强，避免频繁的检查和更换，造成人力、物力和财力的浪费；2、矿井提升机在处于加速、恒定速度、减速和蠕变周期运行时，其电动机阻力和功率也在不断的发生变化，即提升机一直处于非平稳变速和变负载的状态，因此，需要监测设备可以确定其工作状态并根据线索给予相应的提示信号。4.3系统硬件的选型设计传感器作为测试系统的五官，对实时数据的准确采集发挥关键作用。在进行提升机监测系统传感器的采购时，必须综合考虑，不能只看价格，忽略了灵敏度、准确性，否则，人类感官的延伸，就失去了它应有的效果。将测得的实时值与软件设定的值进行比较，若在规定范围内，属于安全状态，超过设定范围则属于故障状态。4.3.1传感器的选型和监测点的选择设计1、闸瓦间隙的监测类型：电涡流位移传感器；传感器型号：上海欧多仪器电子有限公司专业生产的OD-Y911801一体化传感器；安装位置:传感器固定在闸盘上，考虑到监测的方便性和数据的直观性，应选18择将探头对准制动盘。它的性能指标为:量程:0-20mm；被测材料:45#钢:供电:：+12VDC+30VDC,双向电源；输出：420MA；接线:3线制2、油温的监测温度传感器，安装在制动液压站油箱里。温度传感器选用了上海坦泼秋尔电器科技有限公司的Pt100/Pt1000温度传感器.采用用德国原装进口PT100感温芯，精度高、稳定性好，可靠性强，产品寿命长，能够满足各类现场的应用。此系列传感器是螺纹安装无接线盒引线式的温度传感器。Pt100/Pt1000传感器的性能指标:量程：-50+200：安装方式：螺纹固定；输出：05V;供电：DC24V;接线：3线制。3、油压传感器这里监测最大工作油压和残压用同一个传感器。油压传感器通过外螺纹连接在液压站的出口，选用上海坦泼秋尔电器科技有限公司专业生产的CYB型压力传感器，该传感器采用特殊合金钢弹性元件设计，测量精度高；密封性能好、性能稳定可靠；不锈钢外壳外观漂亮，标准信号输出等特点，广泛用于无腐蚀性气体、液体等方面的压强力测量。此传感器的性能指标为：量程：050MPa;输出：05V或420MA:供电：DC24V;接线：三线制。4.3.2数字采集卡的选型设计在硬件系统设计中，数字采集卡将计算机与外部装置紧密联系起来，是二者进行信息交流的桥梁，在硬件系统中扮演着重要角色。各路信号都必须通过数字采集卡采集到计算机中才能对信号进行转换和分析，因此，数字采集卡是整个系统的一个关键的角色。为了能够使系统得到更加稳定可靠的信号，并且抗干扰能力强，该系统选用高性能的研华PCI-1713的A/D卡。采集频率为100Ks/s，32路，12位。PCI1713的主要特点4,5：（1）灵活的输入类型和范围；（2）高速数据采集；（3）满足隔离保护要求；19（4）工业过程监测与控制；（5）变送器/传感器接口；（6）多路直流电压测量。（7）可以对每一个通道的输入范围，即量化单位进行编程；PCI1713管脚定义如图4.1所示：图4.1PCI1713管脚图性能指数如下5,6：（1）2500V电压隔离；（2）A/D转换的分辨率为12位；（3）最高采样速度可达100，000次/秒；（4）在线的4K的采样先入先出缓存；（5）支持软件、外部、内部的同步触发；（6）A/D板的转换时间为2.5us；（7）输入的电压范围为：双端输入：10V，5V，2.5V，1.25V，0.625V；20单端输入:010V，05V，02.5V，01.25V；（8）允许的最大输入电压:30V。4.3.3工控机的选型设计考虑到工控机的实际工作环境，工业控制机必须要求能够在恶劣环境下运行，而且抗干扰，对数据处理能力强，本系统选用研华610工控机。另外，为了更方便地实现系统的监测功能，系统的主机还连接有打印机、报警系统以及“组态王”硬件加密狗和其他设施。考虑到系统需要打印的报表较为简单比如一些日常的采集数据报表和诊断结果报表，这里只选用HFLaserJet6L打印机即可;还有提升机监控系统在必要时进行报警.所以系统配备了声卡、音箱;最后，由于系统开发所用监测软件为组态王，为了防止盗版，本课题通过硬件加密的相关措施，选用256点开发版、128点运行版、以及实现网络功能的NetView版的加密狗。4.4系统硬件连接将系统的传感器，数据采集卡等各个硬件部分进行连接形成一个整体结构，可以完成该监测系统的硬件部分的设计，具体连接如图4.2所示键盘研华工控机服务器打印机32路模拟量数据采集卡PCI1713Pt100/Pt1000温度传感器OD-Y911801一体化非接触电涡流位移传感器CYB型压力传感器图4.2系统硬件结构框图214.5小结本章首先介绍了系统硬件的要求和硬件设备的选用原则，并通过分析制动系统主要的故障，从而确定了该监测系统的测试对象和测试部位。针对该监测系统所测试的各个信号的特点，并根据系统硬件传感器、数据采集卡、工控机和其他硬件的选用标准，对系统硬件的选择、主要参数性能以及安装部位进行了详细阐述。最后，通过结构框图将所有的硬件连接起来，这样就组成了该监测系统的硬件系统。5监测系统软件设计5.1引言本章主要对监测系统的软件部分进行了详细的介绍。软件系统方案设计包括监测软件的开发平台与设计和监测界面设计等。能否设计出一套和硬件相符合的软件系统，对监测系统方案的成功实现起了决胜的作用。本课题选用的软件为组态王6.53，并作为整个监测系统的基本平台，并结合数据库技术实现了对矿井提升机制动系统的实时监测以及实时数据的存储，并能比较客观地反映出现场设备的运行状态，真正使得客户端、计算机和设备成为了一体。5.2监测软件开发平台与设计5.2.1监测软件开发平台Kingview组态王大致由3部分组成，由工程管理器、工程浏览器以及组态王运行系统这3部分组成。工程管理器（ProjManager）是组态王软件的管理系统，对于许多用户来讲，开发人员可能要储存多个组态王工程，从这一层面上讲，组态王软件系统是一个系统集成商的系统。在集中管理这些组态王工程的过程中，可能会花费很多时间，也会变得较为繁琐，因为这些项目工程的研究和新开发工程中的项目备份的开发工作相对来说比较复杂。工程管理器可以实现集中管理的各种版本的配置工程，越来愈多22的工程数目多的组态王用户在项目开发和管理以及工程备份，数据词典的管理上方便了许多。工程管理器的主要作用是为用户集中管理这台机器的所有组态王的配置工作。具体说来，主要功能有：新建工程，删除工程，搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入和导出，切换到配置的开发或操作环境等，具有很强大的管理功能。工程浏览器（Explorer）工程浏览器是组态王的重要组成部分，是开发功能的地方主要完成对组态王画面的开发，它将画面，命令，报警等设置集中管理，界面设计简单，操作方便。在工程浏览器界面，我们可以创建画面、建立组态王变量，可以连接相应的设备，当把组态王的功能开发完以后，可以点击view或右击选择切换到view也就是切换到运行系统。运行系统TouchView是组态王软件的运行环境，在运行系统里面，可以有相应的数字的动画的输出，相应的动画，曲线以及常用的报表。5.2.2监测界面设计矿井提升机制动监测系统是基于Kingview软件设计的，开发的整个监测界面的结构框架图如图5.1所示。23矿井提升机监测系统设计登陆界面主监测画面制动系统技术参数界面数据报表界面历史数据查询帮助界面返回制动系统返回登陆系统报警窗口界面图5.1监测系统监测界面的结构框图由图5-1可知，开发的监测界面主要有：用户登录界面、制动系统监测主界面、制动系统技术参数界面、帮助界面、数据报表界面、历史数据查询界面、报警窗口界面以及返回主监测界面和返回登录界面。（1）主监测界面设计主监测界面主要是对制动系统液压站油温、油压和闸瓦间隙进行实时监测，并分别进行超限报警，界面设计如图5.2所示。24图5.2主监测界面（2）登录界面在切换到组态王运行系统或进入企业的监测系统时，首先看到的是登录界面，这个界面设置有四个按钮，它们分别是用户登录、用户管理、登录系统、退出系统。在组态王的开发环境下，在用户管理中配置每个用户的用户名、用户密码、优先级和安全区，同时也给每个需要授权的控制对象设置优先级和安全级。比如在用户登录时，若用户的优先级低于登录系统按钮的优先级或用户的安全区不在登录系统按钮安全区的范围之内，那么此用户不能通过点击登录系统按钮进入该系统。若点击退出系统按钮，则退出运行系统。25图5.3登录界面（3）技术参数界面设计制动系统技术参数界面如图5.4所示，包括液压站和制动器参数。图5.4技术参数界面（6）数据报表设计数据报表界面设计如图5.5所示，主要由报表窗口、文件操作菜单、读取报表26按钮和下拉列表框组成，在文件操作菜单中，有打印、打印预览、页面设置和保存报表的功能，单击保存报表后，报表会自动保存到指定的目录下，报表名是以年/月/日/时/分/秒命名的，后缀为.rtl格式，当点击读取报表按钮时，保存的报表则会出现在右边的下拉列表框内，如图5.6所示，从列表框中根据日期时间选择想要查看的报表，并自动填写到报表窗口中，还可打印该报表。图5.5数据报表设计界面（7）历史数据查询界面设计要实现对历史数据的查询，首先需对历史库进行配置，如图5.7所示，设置数据保存的天数，最长为八千天，最短为1天，当达到设置的天数时，软件本身可以格式化掉最早的历史记录文件；数据存储所在的磁盘空间如果小于设定值时，系统给出如图5.8所示的提示，最后选择历史库的存储路径，可以选择当前工程路径，也可以自定义存储路径。27图5.7历史库配置图5.8磁盘空间小于1000M时的提示历史库配置完后，要对变量做历史记录，组态王的历史记录形式有定时记录、数据变化记录、每次采集记录等，如图5.9所示，针对要采集的数据变化快慢的不同，软件设有数据变化记录和定时记录两种方式。前者适用于要采集的数据变化快的情形，而且需注意的是当监测数据变化一段时间时，变化量要大于该软件的灵敏度时数据才能被记录下来；后者适用于要采集的数据变化慢的情形，时间最短间隔为1分钟；每次采集记录建议慎用，因为当变量采集的频率比较快时，历史数据量会消耗掉很大的磁盘空间，对于提升机制动系统油温等进行历史记录，需选用数据变化记录