孫曉飛,韋朝坤,劉 超,王 偉（安徽理工大學(xué),安徽 淮南 233001）

基于Labview的礦用液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫曉飛,韋朝坤,劉 超,王 偉
（安徽理工大學(xué),安徽 淮南 233001）

摘 要：液壓支架在礦井下的應(yīng)用不可避免，其中壓力是影響其安全的重要因素，針對目前礦用液壓支架壓力監(jiān)測方面的缺陷，設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的礦用液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)。本文主要從系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)原理、LabVIEW程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用LabVIEW實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)支架壓力的工況信息，以單片機(jī)和LabVIEW為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與顯示，提高了對液壓支架的實(shí)時(shí)控制性。

關(guān)鍵詞：液壓支架；LabVIEW；壓力監(jiān)測

0 引言

近年來煤炭工業(yè)得到了很大的發(fā)展，但煤礦事故卻仍然頻繁發(fā)生，如今年1月份安徽淮南礦業(yè)集團(tuán)朱集東礦發(fā)生井下冒落事故,多名礦工被困于井下，正是這樣事例的頻繁發(fā)生，極大的影響和限制了我國煤炭事業(yè)的發(fā)展。

現(xiàn)階段，在頂板的支撐方面大多采用液壓支架。采煤工作中，頂板上的壓力不斷發(fā)生變化，因此要求對液壓支架承受的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。目前，壓力大多靠連接在支架立柱上的自記儀監(jiān)測，工作人員必須定期到工作面觀測，難以及時(shí)獲知液壓支架上的當(dāng)前壓力[1]。針對這一問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的礦用液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)，能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測液壓支架上的壓力，當(dāng)發(fā)生特殊情況時(shí)，能及時(shí)采取有效措施避免事故的發(fā)生。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

液壓支架的壓力通過壓力傳感器讀取，各支架的壓力傳輸?shù)脚c其相對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集分站，數(shù)據(jù)采集分站對采集到的信息進(jìn)行預(yù)處理，在顯示器上顯示該分站的信息。通過電纜與中心總站進(jìn)行通信，將分站信息及時(shí)傳送給中心總站。再通過電纜和傳輸接口把中心總站的信息送給監(jiān)控主機(jī)，主機(jī)局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)就可以和采集到的壓力進(jìn)行比較，從而使中心總站實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障報(bào)警、關(guān)鍵數(shù)據(jù)記錄查詢等功能，其整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所以。

圖1 整體設(shè)計(jì)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 微處理器

本系統(tǒng)的微處理器選用ΑΤMEL公司的ΑΤ89C51，屬于MCS-51系列單片機(jī)。C51 系列單片機(jī)和ΑΤ89C51 組成的系統(tǒng)不需擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，從而使其得到廣泛使用。

2.2 數(shù)據(jù)采集卡

PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡具有16位分辨率、250kS/s采樣率、2路12位模擬輸入、8條數(shù)字I/O線及2個(gè)24為計(jì)數(shù)器。通過U SB 接口供電,不需任何外接電源。該采集卡非常適合礦下作業(yè)的數(shù)據(jù)記錄和環(huán)境檢測, 同時(shí)也可以滿足本系統(tǒng)的測量需要。

2.3 壓力傳感器

壓力傳感器選型：PΤG501應(yīng)變式壓力傳感器。采用高精度高穩(wěn)定性電阻應(yīng)變計(jì)做為變送器的感壓芯片，選進(jìn)的貼片工藝，配套帶有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路，將被測量介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成4～20mΑ、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC等標(biāo)準(zhǔn)電信號。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用全封焊結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)品的抗沖擊能力、過載能力、產(chǎn)品密封性等性能有了較大提高，產(chǎn)品最高壓力可達(dá)到150MPa。產(chǎn)品過程連接部分和電氣連接部分有多種方式，能夠最大限度的滿足用戶的需求[3]。

2.4 應(yīng)變片的選擇和布置

本文采用型號為BF 120的金屬箔式應(yīng)變花作為彈性體的應(yīng)變片，具有線性度好、疲勞壽命高、蠕變小和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。它的阻值為120Ω，靈敏度系數(shù)為2.0[4]。

應(yīng)變片應(yīng)布置于彈性體的最大應(yīng)變處，即液壓支架的頂梁。出于減小信號線輸出的長度方面考慮，在與開有通孔位置相近的地方進(jìn)行貼片[5]。對橋路進(jìn)行分析，得到電橋的輸出為：, U0Ue-輸出和激勵(lì)電壓

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)對液壓支架壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)有登陸模塊、故障監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊。軟件設(shè)計(jì)采用NI公司開發(fā)的圖形化編程語言LabVIEW，LabVIEW是一款通用的軟件開發(fā)平臺(tái)，不僅可以提供幾乎所有的經(jīng)典模擬信號，同時(shí)它的易于與數(shù)據(jù)采集卡集成，在降低成本的同時(shí)提高了效率。軟件系統(tǒng)的前面板如圖2所示。

圖2 前面板

4 結(jié)語

本文基于LabVIEW技術(shù)開發(fā)了一套礦用液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)，該裝置可形象地反映礦用液壓支架實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，并對該實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置運(yùn)行的壓力信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控。為綜采區(qū)工作面頂板的壓力監(jiān)測提出了一種有效、可行的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]液壓支架壓力監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].電子世界,2012(06):99-100.

[2]基于LabVIEW的礦井瓦斯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].工況自動(dòng)化,2007(04):64-66.

[3]礦井提升設(shè)備[M].煤炭工業(yè)出版社,1980:53-58.

[4]王朝暉.礦井提升系統(tǒng)新技術(shù)及裝備[M].煤炭工業(yè)出版社,1999:99-101.

[5]MITSUBISHI electric corporation,FX1N編程手冊[R],2001(04):85-89.

作者簡介：孫曉飛（1987-），安徽亳州人，安徽理工大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓。