基于LabVIEW的转矩转速测试系统

高 宇

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.煤炭科学研究总院太原研究院，山西 太原 030006）

基于LabVIEW的转矩转速测试系统

高 宇1，2

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.煤炭科学研究总院太原研究院，山西 太原 030006）

矿用掘运机械传动部件是保障设备正常运转的关键部件，其性能要求高可靠性、高效率、高寿命，使用前的测试工作尤为重要。介绍了采用LabVIEW和PCL711数据采集卡相结合的转矩转速测试系统；该系统可完成转矩、转速、功率、效率等参数的实时、历史数据的显示、查询和打印等工作。

LabVIEW软件；数据采集；转矩转速

近年来，我国矿用掘运机械向大功率发展，煤矿生产要求设备有高开机率，其传动部件应保证高可靠性、高效率、高寿命。因此，设备投入使用前的测试工作显得尤为重要。转矩、转速是衡量传动部件性能的两个基本参数，是其必须测试的两个参数。

随着计算机技术和测试技术的提高，人们广泛应用计算机软件与数据采集卡结合构成各种数据采集与测试系统；而软件技术的日益发展，形成了大量通用、可靠的测试软件模块。各种专用模块组合使用，形成不同数据采集系统的软件，缩短了开发时间，降低了开发难度。

本文介绍了一种基于LabVIEW与数据采集卡结合的专用转矩转速测试系统，可以完成各项参数测试分析，还具备人性化界面、易于操作，且硬件结构简单，开发周期短。

1 系统的总体设计

本系统采用虚拟仪器技术（virtual instrument），利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活模块化软件，实现不同的仪器功能，完成测试工作。虚拟仪器技术的采用，将系统中的部分硬件转为软件实现，大大缩小了硬件的体积，增加了系统的灵活性和可靠性。

经对系统需测参数的特性分析及经济方面的考虑，采用了较通用的传感器、数据采集卡和计算机相结合的设计方案。测试时，传感器将待测信号传递给信号调理模块，进行频率—电压转换，再用数据采集卡送入计算机，并由数据处理软件对数据进行分析、显示、存储。系统框图，见图1。

图1 转速转矩测试系统框图

2 系统的硬件设计

系统硬件主要包括：转矩转速传感器、数据采集卡、工控机、触摸屏等。系统硬件联接，见图2。

图2 系统硬件组成图

2.1 转矩转速传感器

转矩转速传感器使用JCZ2000型传感器，它通过弹性轴、两组磁电信号发生器，把被测转矩、转速转换成具有相位差的两组交流电信号，这两信号的频率相同、且与轴的转速成正比，而其相位差的变化部分又与被测转矩成正比。传感器工作原理，见图3。

图3中的传感器又集成了一个智能模块，它可将传感器输出的相位信号直接调理成数字信号通过总线传输给数据采集卡，再传输给计算机（不需要二次仪表），总线上可挂接多台传感器组成测试网络。该模块还有自动零点补偿，自动随环境温度修正传感器系数等智能化特性，提高了传感器的实际测量精度，消除了原来传感器与二次仪表互换时带来的误差；由于增加了套筒测速装置，即使在转速很低或为“0”时，也能精确测量转速。

2.2 数据采集卡

数据采集卡采用了研华公司的PCL711多功能数据采集卡，通过ISA插槽与工控机相连，用于测量门闭锁信号、系统状态等，该卡具备12位A/D分辨率，采样频率最高可达2MHz。

2.3 其它设备

打印机、触摸屏、移动存储设备等，均采用标准接口与工控机相连接。

图3 JCZ型转矩转速传感器原理图

3 系统的软件设计

1）LabVIEW软件：是NI公司开发的虚拟仪器开发软件，它以简化开发工作为目标，用来进行数据采集和控制、数据分析和数据表达。采用图形化程序语言，又称“G”语言，基本不用编写程序代码，取而代之的是程序流程图。它用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了大量的仪器面板中的控制对象。用户还可通过控制编辑器将控制对象修改成适合自己工作领域的控制对象。它与其它软件开发平台相比，LabVIEW最大的优势在于测控系统领域，它将数据采集、分析、处理、显示功能集中在了同一个计算机通用环境中，可以简单、快速、可靠地集成一套完整的实用方案。

2）程序设计：根据系统测试要求，将软件分成一个主机控制模块和若干个子功能模块，包括：数据采集模块、数据处理模块、显示模块、后台管理模块等。主模块和子模块间的数据交换接口有3个，采用LabVIEW中的队列queue方式和通知notifier实现数据交换。主模块负责用户主控制界面、子模块的管理、串口的管理、与子模块的数据交换等任务。数据采集模块与数据采集卡通信，将数据存储到计算机中，由数据处理模块完成数据计算，同时显示模块将实时数据显示出来，并可由后台管理模块对实时数据进行比较，如果数据异常可由软件发出指令停止采集，并报警。系统流程图，见图4。

图4 系统的测试流程图

4 结束语

使用LabVIEW软件平台开发本文测试系统，很好地把设计要求与具体的软硬件技术相结合，采用LabVIEW软件完成大量复杂的计算机控制和数值运算工作，充分发挥了LabVIEW软件在测试领域的技术优势，大大简化了系统设计，缩短了软硬件调试过程及系统开发周期，方便了系统的维护，提高了测试系统的自动化程度和测试精度。实践证明，采用LabVIEW与数据采集卡相结合的设计方式，已经成为数据采集与处理领域流行的开发方法。随着新技术的涌现，LabVIEW的功能更趋完善，与硬件结合的越趋紧密，数据采集系统的开发将变得越来越简单、灵活、快速，可靠性也会更提高。

［1］ 杨乐平.LabVIEW程序设计与应用［M］.北京：电子工业出版社，2001.

［2］ 李 刚.LabVIEW-易学易用的计算机图形化编程语言［M］.北京：北京航天航空大学出版社，2001.

［3］ 李海涛，杨乐平.LabVIEW高级程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2003.

［4］ 刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计［M］.北京：电了工业出版社，2003.

［5］ 张毅，周绍磊，杨秀霞.虚拟仪器技术分析与应用［M］.北京：机械工业出版社，2004.

Test System for Torque and Rotational Speed Based on LabView

GAO Yu1，2
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024；2.Taiyuan Institute,Coal Science Research Institute,Taiyuan Shanxi 030006)

The transmission parts of driving and transporting machinery are crucial to ensure their normal operation.The performance requires high reliability,high efficiency and high endurance,so the test before use is very important.The torque and rotational speed test system combined with LabVIEW and PCL711 data collecting is introduced.The system can realize display,enquiry,and print of real-time and historical data,including torque,rotational speed,power,efficiency and other parameters.

LabVIEW;data acquisition;torque and rotational speed

TP274

A

1672-5050（2011）06-0071-03

2011-03-15

高 宇（1973—），山西代县人，在读工程硕士研究生，高级工程师，主要从事煤矿机电的设计与开发工作。

徐树文