基于PCI数据采集卡的闸瓦间隙实时监控系统设计

孟庆春

(山西省机械设备成套局，山西 太原 030013)

基于PCI数据采集卡的闸瓦间隙实时监控系统设计

孟庆春

(山西省机械设备成套局，山西 太原 030013)

针对传统提升机闸瓦间隙保护装置的缺陷，设计了一种以PCI数据采集卡为控制核心的闸瓦间隙实时监控系统，并对其系统原理、硬件组成及软件设计进行了阐述。系统可实现对闸瓦间隙、制动力矩的实时监测及报警功能，且具有结构简单、成本低、体积小、抗干扰能力强等特点，具有一定的推广价值。

提升机；闸瓦间隙；监控系统；PCI数据采集卡

0 引言

提升机作为矿山生产的关键设备，担负着提升物料、升降人员的重任，其制动装置直接关系到提升机的安全运行，《煤矿安全规程》第431条规定盘式制动闸的闸瓦与制动盘之间的间隙应不大于2 mm。传统的提升机闸瓦间隙监控采用双触头微动开关，易受外界干扰导致误动作，对生产造成严重影响[1-3]。为解决这一问题，各种提升机闸瓦间隙监控系统应运而生。

目前的提升机闸瓦间隙监控系统普遍选用PLC作为下位机，完成数据的采集、处理；上位机采用组态软件，如WinCC、LabVIEW等，实现友好的人机交互功能[4-6]。然而提升机闸瓦间隙监控系统需采集的模拟量较多，且响应速度要求不高，采用PLC作为下位机需扩展若干模拟量输入模块，成本高昂。针对这一不足，本文提出了一种基于PCI数据采集卡的闸瓦间隙监控系统设计方案。

1 闸瓦间隙监控系统原理

本提升机闸瓦间隙监控系统主要对闸瓦间隙、贴闸压力进行监测，所用传感器为闸瓦间隙传感器及油压变送器。闸瓦间隙传感器采用TPEK-18型电涡流非接触式位移传感器，动态监测范围为1 mm～6 mm，其工作原理为根据外部金属的位置移动变化对应输出电流信号。油压变送器选用MB300压力变送器，其工作原理为变送器内部的高性能硅压阻式压力充油芯体感知外部油压，内部的专用集成电路将传感器毫伏信号转换成标准电流输出。

提升机制动闸瓦较多，需安装16个非接触式位移传感器。本监控系统中闸瓦间隙传感器固定于闸瓦端面位置，油压变送器分别安装于液压站的进、出油口，用于采集液压站进口油压与出口油压。闸瓦间隙可由传感器直接测出，送入上位机实时显示；贴闸压力需计算得到。根据《煤矿安全规程》第432条规定[7]有以下公式：

(1)

其中：d1为活塞(或油缸)直径，mm；d2为活塞杆直径，mm；N为贴闸压力，N；p为油压压力，MPa。

Mz=2NμRn.

(2)

其中：Mz为制动力矩，N·m；μ为闸瓦对制动盘的摩擦因数，取0.35～0.45；R为制动盘平均摩擦半径,m；n为制动器副数。

将油压变送器采集的油压压力代入公式(1)及公式(2)，可求得提升机制动闸贴闸压力及制动力矩。

2 监控系统硬件组成

本提升机闸瓦间隙监控硬件系统由闸瓦间隙传感器、油压变送器、PCI采集卡及工控机组成，图1为提升机闸瓦间隙监控硬件系统实验模型。PCI数据采集卡采用北京中泰研创科技有限公司的PCI8360I采集卡，包括32路模拟量输入通道，输入信号范围为0 mA～20 mA电流。

图1 提升机闸瓦间隙监控硬件系统实验模型

其工作过程为:

(1) 闸瓦间隙传感器及油压变送器实时采集闸间隙、油压数据，并送入PCI采集卡。

(2) 以采集卡为下位机对输入模拟量进行A/D转换。

(3) 将经过A/D转换后的数据送入上位机组态软件中实时显示。

图2为闸瓦间隙硬件系统连接示意图。

图2 闸瓦间隙硬件系统连接示意图

3 监控系统软件设计

本提升机闸瓦间隙监控系统采用组态王6.52进行上位机程序设计，整个系统软件流程如图3所示。

首先在组态王中添加中泰研创PCI8360I数据采集卡驱动，在软件新建设备中选择对应板卡，为其分配地址。接下来进行人机交互界面的组态设计。本监控系统界面包括主界面、闸瓦曲线、油压曲线、历史报警记录、实时数据记录、故障报警查询、参数设置以及产品说明界面，图4为闸瓦间隙监控主界面。

图4 提升机闸瓦间隙监控主界面

系统主要功能如下：

(1) 实时监测并显示提升机闸瓦间隙数值及曲线，若某闸瓦间隙超过2 mm，组态界面处对应的闸瓦间隙数值变红，报警窗口实时显示，同时声音报警，提醒操作人员注意。该系统的闸瓦间隙监测精度可达0.01 mm。在实验室模拟提升机运行情况，对闸瓦1、闸瓦2间隙进行监测，图5为闸瓦间隙实时曲线图。

(2) 实时监测并显示油压数值及曲线，通过计算实时显示贴闸压力、制动力矩，若制动力矩超出设定范围，系统报警。该系统的油压监测精度可达0.01MPa。图6为油压监控实时曲线界面。

(3) 调用数据库技术，存储全部报警记录，并支持任意时刻查询打印功能。

(4) 系统灵活性好，参数可调，适应于不同类型的提升机闸瓦监控。图7为参数设置界面。

图5 闸瓦间隙实时曲线图

图6 油压监控实时曲线界面

图7 参数设置界面

4 结论

针对传统的提升机闸瓦间隙监控系统的缺点，本文设计了一种基于PCI数据采集卡的新式提升机闸瓦间隙监控系统。该系统结构简单、成本低、体积小、抗干扰能力强，具有较高的推广价值。

[1] 葛世荣,曲荣廉.矿井提升机可靠性技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994.

[2] 肖兴明.摩擦提升重大故障及预防[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994.

[3] 张辰,毛友哲,范进军.副井提升机闸间隙检测装置的改进[J].煤矿机电,2010,31(1):107-108.

[4] 雷汝海,王军,赵振明.基于S7-300 PLC的制动器闸瓦间隙监测装置的设计[J].工矿自动化,2007,4(11)：86-88.

[5] 张昊.新型提升机盘形闸闸瓦间隙监测保护装置[J].矿山机械,2011,39(3)：37-40.

[6] 程琼.基于PLC和WinCC的闸瓦间隙实时监测系统的设计[J].工矿自动化,2010,5(5)：20-22.

[7] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].2010版.北京:煤炭工业出版社,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

孟庆春(1989-)，男，山西忻州人，助理工程师，硕士，主要从事机械设备成套、招投标代理工作。

TD534∶TP273

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