基于LabVIEW液压支架压力监测系统设计.pdf

2 0 1 5 年第2 期 煤矿机电 7 1 基于L a b V I E W 液压支架压力监测系统设计 汪凯 安徽煤矿安全监察局淮北监察分局 安徽淮北2 3 5 0 0 0 摘要 液压支架的承载压力是影响其安全的重要因素 针对目前矿用液压支架压力监测方面的 缺陷 设计了一种基于L a b V I E W 的矿用液压支架压力监测系统 主要采用L a b V I E W 实时采集存 储支架压力的工况信息 以单片机和L a b V I E W 为基础进行数据的处理与显示 提高对液压支架的 实时控制性 重点介绍系统构成 软硬件设计等 该系统通过采集数据分析 可为监测综采工作面 的顶板压力提供了一种有效可行的分析方法 确保液压支架使用的安全性能 关键词 液压支架 图形化编程软件L a b V I E W 压力监测系统 中图分类号 T D 3 5 5 4 文献标识码 B文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 5 0 2 0 0 7 1 一0 4 D e s ig no fP r e s s u r eM o n it o r in gS y s t e mf o rH y d r a u l ic S u p p o r tB a s e d o nL a b V IE W W a n gK a o H u a ib e iS u p e r v is io nB r a n cho fA n h u i C o a lM in eS a f e t yS u p e r v is io nB u r e a u H u a ib e i2 3 5 0 0 0 C h in a A b s t r a ct T h eb e a r in gp r e s s u r eo ft h eh y d r a u l ics u p o o r tu n d e rt h eco a lm in eis t h em u chim p o r t a n tf a ct o ro f in f l u e n cin gs a f e t y I nv ie wo ft h ep r e s e n tm in in gm o n it o r in gd e f e ct so ft h es u p p o r t am in in gp r e s s u r em o n it o r in g s y s t e mh a sb e e nd e s ig n e db a s e d o nL a b V I E W a n dt h e nt h eo v e r a l ls y s t e ms t r u ct u r e t h eh y d r a u l ic s y s t e m p r in cip l e t h em o n it o r in gp r o g r a m t h e d a t aco m m u n ica t io nh a v eb e e ne s t a b l is h e d T h eco l l e ct io n p r o ce s sa n d d is p l a yo ft h er e a l t im ep r e s s u r ed a t ab a s e do nt h es in g l e ch ipm icr o co m p u t e ra n dL a b V I E Wim p r o v et h es u p p o r t S r e a l t im eco n t r o lp e r f o r m a n ce K e y w o r d s H y d r a u l icS u p p o r t L a b V I E W P r e s s u r eM o n it o r in gS y s t e m 0 引言 煤矿综采工作面顶板压力因岩层运动 回采工 作等因素不断地变化 故要求对液压支架承载压力 进行实时监测 现有液压支架工作时 压力大多靠 连接在支架立柱上的自记仪监测 工作人员必须到 工作面进行观测和采集数据 这种人工方法只能定 期观测 难以获知液压支架实时承载压力 J 针对 这一问题 本文设计了一种基于L a b V I E W 的矿用液 压支架压力监测系统 当发生特殊情况时 能及时 采取有效措施避免事故的发生 达到实时监测液压 支架上的压力的目的 1 系统构成 液压支架的压力通过压力传感器读取 各支架 的压力传输到与其相对应的数据采集分站 数据采 集分站对采集到的信息进行预处理 在显示器上显 示该分站的信息 通过电缆与中心总站进行通信 将分站信息及时传送给中心总站 再通过电缆和传 输接口把中心总站的信息送给监控主机 主机局域 网中的数据可以和采集到的压力进行比较 从而使 中心总站实现实时监测 故障报警 关键数据记录查 询等功能旧J 系统设计如图l 所示 獬Mea翩surem用en刘tAutomationE x p l o r e r L a b v I E w I I P C I 一6 0 2 4 EH N I D A Q 卜 叫数据采集函数 图1 整体设计框图 数 据 采 集 程 序 7 2 煤矿机电2 0 1 5 年第2 期 2 硬件设计 2 1 微处理器 选用A T M E L 公司的A T 8 9 C 5 l 微处理器 它属 于M C S 5 l 系列单片机 该系列单片机和A T 8 9 C 5 1 组成的系统不需扩展程序存储器 使其得到更广泛 使用 2 2 数据采集卡 P C I 6 2 2 1 数据采集卡具有1 6 位分辨率 2 5 0 k S s 采样率 2 路1 2 位模拟输入 8 条数字I O 线 及2 个2 4 为计数器 通过U S B 接口供电 不需任 何外接电源 该采集卡非常适合矿下作业的数据记 录和环境检测 满足本系统的测量需要 2 3 压力传感器 压力传感器选择P T G 5 0 1 应变式压力传感器 采用高精度高稳定性电阻应变计作为变送器的感压 芯片 先进的贴片工艺 配套带有零点 满量程补偿 温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路 将被 测量介质的压力转换成4 2 0m A 0 5V D C 0 l O V D C 0 5 4 5V D C 等标准电信号 结构采用全封 焊结构 使之产品的抗冲击能力 过载能力 产品密 封性等性能有了较大提高 产品最高压力可达到 1 5 0M P a 过程连接部分和电气连接部分有多种方 式 能够最大限度的满足用户的需求口j 2 4 应变片的选择和布置 系统采用型号为B F1 2 0 的金属箔式应变片作 为弹性体的应变片 具有线性度好 疲劳寿命高 蠕 变小和抗干扰能力强等优点 它的阻值为1 2 0Q 灵敏度系数为2 0 应变片应布置于液压支架顶梁的最大应变处 为了获得对液压支架承载压力的有效测量 在顶梁 上粘贴4 片应变片 分别用电阻值尺 尺 尺 R 表 示 其中R 尺 表示受拉应变片 尺 尺 表示受压 应变片 应变片的初始阻值均设为尺 电桥的激励电 源用玑表示 为了获得较大的灵敏度输出 电桥采 用全桥接法 如图2 所示 在传感器使用过程中 顶梁受载荷的作用而变 形 粘贴其上的应变片阻值也相应发生变化 阻值变 化分另0 为尺1 A R l R 2 一A R 2 R 3 A R 3 R 4 一A R 4 由于应变片的贴片位置对称 故A R 一 R A R A R R 应变片的电阻值为 R 1 R 3 R A R R 2 R 4 R A R 对桥路进行分析 得到电桥的输出为 竽u n O 图2 全桥接法原理图 3 软件设计 根据对液压支架压力实时监测的需要 软件系 统设计有登陆模块 故障监测模块 数据采集模块 数据显示模块 软件设计采用N I 公司开发的图形 化编程软件L a b V I E W 它是一款通用的软件开发平 台 不仅可以提供经典模拟信号 同时它易于与数据 采集卡集成 在降低成本的同时提高了效率 4J 软 件系统的前面板如图3 所示 自麟1 压 异常饿j 专辈1 寸剞 道 罨蔓矸咕暂淬 睦藉 霉鬟j i n l l 图3系统前面椒 3 1 登陆模块 为了防止非工作人员对检测系统的擅自修改 程序在系统中设置了多级用户管理系统 需输入密 码后方可对监测系统进行操作 系统管理员登陆后 可添加普通用户 可有效避免非工作人员的不当操 作 登陆系统的程序的框图如图4 所示 3 2 压力实时显示模块 本监测系统可同时监测十个液压支架的压力 示波器可以显示每个支架的压力随时间的变化曲 线 压力实时显示模块的程序框图如图5 所示 4 采集数据分析 为将数据保存为e x ce l 文件 首先需使用创建报 表函数建立e x ce l 文件 然后将需写入的数据捆绑成 2 0 1 5 年第2 期煤矿机电 7 3 数组再写入到e x ce l 文件中 最后将写入的文件保存 电子表格形式的文件 具体程序如图6 所示 在指定路径下 本设计采用创建报表等函数来保存 登录 圃 图4 登陆系统程序框图 图5 压力实时显示程序框图 I cp o r tl il ep a t h l j 常警程 一一 星嚣羁 卜瞰小I 一坪襄 二苑一 i惴 L ll 盟 面l 图6 保存电子表格式程序框图 存放历史数据的路径可以在r e p o r tf il ep a t h 控件中自行设定 工作人员可以随时调出来查看 同时 7 4 煤矿机电 2 0 1 5 年第2 期 可将数据打印出来 工作人员在查看历史数据和做 数据统计分析时 历史数据模块提供了很大方便 根据上述对数据库存储和查询的分析 可将查 询到的数据绘制出相应的实时曲线图 通过对历史 数据的分析 绘制出相应的历史柱形图 绘制出的 图标如图7 所示 硬件设备的实时数据在界面上能 直观显示 能查看到短时间内的压力数据 s z 3 0 0 9 92 1 4 0 6 0 7iS 3 2 一 飞k 上止峰靠 一j 崤E z 图7液压支架压力分析图 5 结语 本文基于L a b V I E W 技术开发了一套矿用液压 支架压力监测系统 该装置可实时采集和监控液压 支架的承载压力 通过该装置采集的数据分析 可 为监测综采工作面的顶板压力提供有效 可行的方 法 确保液压支架使用的安全性能 参考文献 1 邱卫东 景晓军 液压支架压力监测系统软件设计 J 电子世 界 2 0 1 2 6 9 9 1 0 0 2 李荣生 廉自生 马清虎 液压支架压力传感器结构设计分析 J 煤矿机电 2 0 0 8 6 4 7 4 8 3 王朝晖 矿井提升系统新技术及装备 M 北京 煤炭工业出 版社 1 9 9 9 9 9 一l0 1 4 金江 袁晓明 李大明 应用L a b V I E W 集中控制矿用电气开关 试验台 J 矿山机械 2 0 0 7 9 1 2 7 1 2 9 作者简介 汪凯 1 9 6 6 一 男 高级工程师 1 9 9 1 年毕业于淮南矿 业学院 2 0 0 8 年毕业于北京科技大学 硕士学位 现在安徽煤监局 淮北监察分局从事技术工作 收稿日期 2 0 1 4 一1 1 0 3 责任编辑 姚克 上接第6 2 页 一 一一 一一 一一一 一一一一 一J 一 一 J 图2 基于倍福控制器的掘进机电气系统结构示意图 参考文献 1 伍小杰 杨刚 葛娟 等 煤矿掘进机工作面自动化技术研究 J 煤矿机电 2 0 1 0 2 4 1 4 3 2 李银华 张万伟 基于倍