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

孟慶春

(山西省機械設(shè)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(shè)計

孟慶春

(山西省機械設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，擔負著提升物料、升降人員的重任，其制動裝置直接關(guān)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(yīng)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(guān)，易受外界干擾導(dǎo)致誤動作，對生產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(yīng)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(nèi)部的高性能硅壓阻式壓力充油芯體感知外部油壓，內(nèi)部的專用集成電路將傳感器毫伏信號轉(zhuǎn)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?zāi)Ｐ?。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?zāi)Ｐ?/p>

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(zhuǎn)換。

(3) 將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(qū)動，在軟件新建設(shè)備中選擇對應(yīng)板卡，為其分配地址。接下來進行人機交互界面的組態(tài)設(shè)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(shè)置以及產(chǎn)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(yīng)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(shè)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(diào)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，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(diào)，適應(yīng)于不同類型的提升機閘瓦監(jiān)控。圖7為參數(shù)設(shè)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(shè)置界面

4 結(jié)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(shè)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(jié)構(gòu)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(shù)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1994.

[2] 肖興明.摩擦提升重大故障及預(yù)防[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)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(shè)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(shè)計[J].工礦自動化,2010,5(5)：20-22.

[7] 國家安全生產(chǎn)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(shè)備成套、招投標代理工作。

TD534∶TP273

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