毕业答辩材料

null基于Labview的提升机检测系统设计—硬件系统设计2基于Labview的提升机检测系统设计—硬件系统设计2测控技术与仪器04—1 龙涌波 2008年6月15日 基于Labview的提升机检测系统设计—硬件系统设计2基于Labview的提升机检测系统设计—硬件系统设计2矿井提升机制动系统的安全可靠状况直接影响到煤矿生产人员的生命安全和矿井的生产能力。本文针对矿井提升机的制动系统，详细介绍了它的组成结构和检测解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。其中包括：传感器的设计与选择、信号的调理、数据的传输、结合LabVIEW的控制模块。采用采样/保持器、A/D转换器共同构成了针对矿井提升机制动系统的USB2.0数据采集系统。 通过对矿井提升机工作原理的分析，根据矿井提升机制动系统各部件运行特点，自行设计了油压传感器和位移传感器以及USB2.0数据采集系统，并对矿井提升机制动系统整体检测方案进行了诠释。 基于Labview的提升机检测系统设计—硬件系统设计2基于Labview的提升机检测系统设计—硬件系统设计2第1章 绪论 1.1 课题研究背景 随着计算机技术和控制技术的发展，国内外的提升设备监控系统的功能和自动化程度有较大提高。国外进口的监测系统价格昂贵，且功能方面不能完全满足国内生产的实际需要。国内提升监控装置大多采用单片机控制，普遍存在抗干扰性能差、可靠性低等严重问题。针对这种现状，本文提出一种新型的提升机监控系统—基于LabVIEW的提升机监控系统（硬件系统设计），通过以提升机制动系统主要参数的监测监控为例，重新设计新的检测系统。用来对提升机进行实时检测，提高煤矿生产安全 1.2 矿井提升机的现状与发展趋势1.2 矿井提升机的现状与发展趋势 矿井提升装置是采矿业的重要设备，随着科学技术的进步和矿井生产现代化要求的不断提高，人们对提升机工作特性的认识进一步深化，提升设备及拖动控制系统也逐步趋于完善，各种新技术、新工艺逐步应用于矿井提升设备中。特别是模拟技术、微电子技术、虚拟仪器技术在提升机控制中的应用己成为必然的发展方向。1.2.1 国外矿井提升机的现状1.2.1 国外矿井提升机的现状1. 晶闸管-电动机 (SCR-D)直流低速直联拖动系统 2. 交流变频调速同步机驱动提升系统 3. 微机控制在提升机上的应用 4. 内装式提升机 1.2.2 国内提升机的现状与发展趋向1.2.2 国内提升机的现状与发展趋向1. 交流拖动方式 目前我国提升机约70%采用串电阻调速的交流拖动方式。 2. 直流拖动方式 直流发电机—直流电动机机组((F—D)和晶闸管—直流电动机((SCR—D)系统 3. 研制与发展 (1) 国产大型直流提升机及电控系统正在逐步完善和推广使用。 (2) 大功率变频调速电控提升机其效率可达98% (3) 可编程序控制器在提升机电控系统的应用1.3课题主要意义 1.3课题主要意义 提升机的实时监测一直是提升技术的重要课题之一。当前，许多煤矿都未设置提升机的监测系统，国内外已有的监测系统大多数是对整个矿山的大型监控系统。国外研制的监测系统稳定性虽好，但价格过高，对于中小煤矿来说是难以承受的；国内研制的针对提升机的监控系统大都是采用单片机技术，其抗干扰能力差，性能不稳定，而且在开发测试系统的软硬件方面主要采用汇编语言。基于以上原因，本文采用全新的虚拟仪器开发平台LabVIEW来开发整个监控系统，论文重点是以提升机的制动系统检测为例，详细介绍了油压传感器的设计，位移传感器的选择，以及如何去实现数据采集，最后送给带有LabVIEW的计算机机进行检测。 第2章 矿井提升系统简介第2章 矿井提升系统简介2.1 提升机的概述2.1 提升机的概述 矿井提升机是矿井专用的大型绞车。矿井提升机通过提升钢丝绳带动容器(罐笼或箕斗)在矿井中升降，与装卸装置、封闭井塔或敞开井架、导向轮或天轮等组成矿井提升设备（图2-1）， 完成井下与地面之间输送物料和人员的任务。矿井提升机提升量大、速度高，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。null2.2 提升机的分类 2.2 提升机的分类 按提升钢丝绳(简称提升绳)的工作原理，可分为缠绕式矿井提升机和摩擦式矿井提升机两类。 缠绕式矿井提升机有单卷筒和双卷筒两种，钢丝绳在卷筒上的缠绕方式与一般绞车类似。 摩擦式矿井提升机适用于凿井以外的各种竖井提升。 2.3 提升机的组成 2.3 提升机的组成 1. 工作机构 2. 制动系统 3. 机械传动系统 4. 润滑系统 5. 观测和操纵系统 6. 拖动控制和自动保护系统2.4 矿井提升系统的运动规律2.4 矿井提升系统的运动规律提升系统运转时，容器在井筒中做上下往返、周期性运动。自动化的提升设备，由于各种因素的变化也可能出现不同的速度图。但每个速度图都必须有加速阶段、等速阶段减速阶段及爬行阶段。一般提升系统的速度为初加速、主加速、等速、主减速、爬行及抱闸停车六个阶段。null第3章 制动系统检测和传感器的 设计与选定第3章 制动系统检测和传感器的 设计与选定3.1 制动系统检测基本组成3.1 制动系统检测基本组成 制动系统作为矿井提升机的重要部件之一，它由制动器(俗称闸)和传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的部分，按结构分为盘式闸和块式闸。传动机构是控制调节制动力矩的部分，按动力来源分为油压、气压、或弹簧等。液压盘式制动器是目前矿井提升机普遍采用的一种机械制动装置，本课题所使用的提升机也是这一类型的制动器。3.2 状态监测方案3.2 状态监测方案 对制动系统的监测是拾取系统运行过程中的各种相关参数，用现代信息处理技术对这些参数进行处理，及时评估其运行状态，为设备维修提供可靠的技术依据。测试方案的确定对于构造设备状态监测与诊断来说是很重要的一个环节，测试方案的确定主要包括系统测试参数的选择和测试点的确定。3.2.1 监测参数的选择3.2.1 监测参数的选择 本课题主要以提升机制动系统为监测对象，同时，为了能更加全面、彻底的对制动系统进行故障诊断，系统还对与制动系统相关的提升机的运行状态、制动力部分信号进行监测。具体监测内容包括：液压站工作油压、瓦阀位移，制动力、提升速度(包括加、减速度、最大提升速度、爬行速度等)等。3.2.2 监测点的确定3.2.2 监测点的确定油压测试点 液压系统是提升机制动系统的一个重要组成部分，如果液压系统不能正常提供油压或者达不到实际工作所需压力，那么提升机就有可能不能松闸，提升机就无法正常工作。 位移测试点 制动闸跟随性的好坏，直接决定提升机制动性能的好坏。如果制动滞后，容易引起提升机超速、过卷或制动不住而发生跑车等事故，因此必须予以足够重视。 3.3传感器选定与设计3.3传感器选定与设计 传感器通常由敏感元件及测量线路组成，其作用是将被测量或电量转换成符合要求的电信号，它是现代测试系统的“五官”，是获取信息的装置。在现代测试系统中，除上述的获取信息装置以外，包括如下装置 ： 1.信号放大变换装置 2.信号采集处理装置 3.显示记录装置 3.4 油压传感器的设计3.4 油压传感器的设计 我们用来测定油压的传感器由于其要放于制动缸内，市场上的传感器都不能满足其结构，性能等的需要，因此，本文将从研制了适用于制动缸内使用的专用压力传感器进行分析，对于专用传感器除了满足普通传感器的要求外，我们设计的油压传感器还要满足以下几个要求： 结构适应性 功能适应性 长期稳定性 可靠性3.4.2 传感器的技术要求及选择3.4.2 传感器的技术要求及选择1.对传感器的主要技术要求 范围0~8MPa 2.传感器类型的选择 压阻式压力传感器具有灵敏度高、准确度高、频率响应快、结构简单、体积小和重量轻等优点，能满足液压特性的要求，而且还具有功耗低、安全可靠、寿命长和易于实现集成化的特点，所以本压力传感器选用压阻式。3.4.3 压阻式压力传感器的设计3.4.3 压阻式压力传感器的设计1. 压阻式传感器的工作原理 压阻式传感器的工作原理是基于半导体 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的压阻效应。半导体材料受到压力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应 。 2. 压阻敏感元件及转换元件 利用单晶硅的压阻效应，在硅膜片上，用集成电路工艺中的扩散法或离子注入法，形成4个阻值相等的扩散电阻(力敏电阻)，经蒸镀铝电极及连线，接成惠斯通电桥，再用压焊法与外引线相连。当硅膜片两边存在压力差而发生形变时，电桥失去平衡，输出相应的电压，其电压大小反映了膜片所受的压力差值。null 本设计选用瑞士Keller公司的S8系列OEM硅压阻敏感元件，在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 压力范围8 MPa(FS)，以4mA供电电流可得到900 mV输出电压。结构示意图3-3所示。 3. 压阻式压力传感器的温度补偿3. 压阻式压力传感器的温度补偿 由于半导体硅的温度特性和封装引起的附加应力等因素，其性能受到温度影响。尽管在设计上，在保证压力灵敏度要求的前提下，采用高参杂浓度以降低电阻率随温度的变化，惠斯通电桥的4个桥臂电阻阻值尽可能均匀，位置紧凑，但也无法完全消除温度影响，需外加温度补偿电路。由于OEM硅压力传感器体积小，成本低廉，因而其补偿电路必须简洁、高效、高精度。硅压力传感器受温度影响主要 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现在零点温度漂移和灵敏度温度漂移。零点温度漂移主要是由于扩散硅电阻随温度变化引起的，灵敏度漂移主要是由于压阻系数随温度变化引起的。 null(1)零点温度补偿原理 当零点温漂曲线是正漂，即随温度升高，单调上升时，由于扩散硅电阻有正的温度系数，即高温下的扩散硅电阻值高于低温下的电阻值。则随着温度升高，桥路输出上升幅度减小，这样选择合适的电阻就能补偿正温漂曲线 ，使传感器的零点输出为零。 (2)灵敏度温度补偿原理 当OEM硅压力传感器灵敏度随温度正漂，其补偿是利用桥臂电阻随温度升高而升高，而是基本不随温度变化的固定电阻，来改变传感器的桥路供电电流。即随温度升高传感器桥路电流减小，在高温时，桥阻大，电流小，选择合适的，灵敏度正漂得到补偿。3.4.4 信号放大电路3.4.4 信号放大电路传感器的输出信号要求是标准直流电信号，便于计算机采集。压阻敏感元件的满量程输出信号为900 mV，且输出阻抗很高，所以要求放大器有高输入阻抗，高共模抑制比。本设计选用AD1672集成仪器放大器(具体原理第五章有介绍)。 3.4. 5 传感器的本安电路设计 3.5 位移传感器的选择3.5 位移传感器的选择电涡流传感器介绍 根据煤矿安全生产需要，我们选用电涡流位移传感器进行位移检测。电涡流传感器已成系列，测量范围从±0.5mm至±10mm以上，灵敏阈约为测量范围的0.1%。常用的外径8mm的传感器与工件的安装间隙约1mm，在±0.5mm范围内有良好的线性，灵敏度为7.87mv/mm，频响范围为0～12000Hz。 null3.5.2 电涡流位移传感器的工作原理及特点 3.5.2 电涡流位移传感器的工作原理及特点 当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。3.5.3 电涡流传感器型号选择 根据设计需要，本系统选用上海测控仪表有限公司生产的电涡流式传感器CZF-Ⅲ型位移传感器。 3.5.3 电涡流传感器型号选择 根据设计需要，本系统选用上海测控仪表有限公司生产的电涡流式传感器CZF-Ⅲ型位移传感器。 3.6传感器的安装 3.6传感器的安装 位移传感器的安装：将提升容器卸空，放在井筒交锋位置用定车装置将滚筒锁住。然后将闸完全松开，即可安装传感器。对于块闸将电涡流位移传感器，用磁性表座固定在制动梁中部（平均间隙处），并使传感器与制动轮表面在全松状态下保持1.5mm左右的间隙。对于盘式制动器，则将传感器固定在闸座上，并使传感器与闸瓦后侧面在全松状态下保持1.5mm左右的间隙。油压传感器的安装：安装在液压站总油压表处。 如下图：null 闸瓦间隙、闸瓦正压力的测试接线图:1-制动盘 2-闸瓦 3-电涡流位移传感器 4-锡箔纸 5-液压站总油压表 6-油压传感器 第4章 计算机数据采集系统 第4章 计算机数据采集系统4.1 数据采集过程4.1 数据采集过程数据采集过程是将要获取的信息通过传感器转换为信号，并经过信号调理、采样、量化、编码和传输等步骤，最后送到计算机系统中进行处理、分析、存储和显示的过程。 4.2 数据采集系统的组成4.2 数据采集系统的组成 本数据采集是指将传感器所获得的模拟量进行采集、转换成数字量后，再进行存储、交理、显示或打印的过程。它包括硬件和软件，其中硬件部分又可分为模拟部分和数字部分。由于目前数据采集系统一般都使用计算机进行控制，因此数据采集系统又称作计算机数据采集系统。此设计为单通道高速数据采集设计。4.3 高速数据采集方案的实现4.3 高速数据采集方案的实现 要实现高速数据采集，必须从各个环节来提高数据采集的速度，而器件的选择和电路结构又是影响数据采集速度的主要因素，根据设计需要，本文将从以下几方面重点介绍 ： 选用AD1672转换器 选择USB2. 0的接口方案 4.3.3系统总体结构的确定4.3.3系统总体结构的确定 根据系统提出的要求，并经过上述分析与比较，最终确定数据采集系统总体结构框图如下图 ： 从电路中可以看出，该系统可同时进行单通道同步采样，系统的核心部分是:信号调理电路，A/D转换电路，USB2.0接口电路，并借助LabVIEW计算机形成一个完整的数据采集系统，实现高速单通路同步数据采集。 从电路中可以看出，该系统可同时进行单通道同步采样，系统的核心部分是:信号调理电路，A/D转换电路，USB2.0接口电路，并借助LabVIEW计算机形成一个完整的数据采集系统，实现高速单通路同步数据采集。第5章 数据采集系统的硬件设计第5章 数据采集系统的硬件设计5.1 调理电路模块设计 5.1 调理电路模块设计 信号调理电路是用来实现信号的预处理，使获取的信号被调理为幅值大小适中、不含高频噪声的信号，以便于适合后续电路进行处理。在本设计中，因前面输出的电压与AD1672的电压一样，所以在调理电路中只需加电压跟随电路和抗混叠滤波电路。 5.1.1 电压跟随器电路5.1.1 电压跟随器电路 由于使用OP07运放器构成电压跟随器,显著提高了抗干扰能力和精度,构成电压跟随器电路如图： 5.1.2 抗混叠滤波电路5.1.2 抗混叠滤波电路 在设计数据采集系统时，我所选择A/D转换器的采样频率3MHZ，如果没有适当的滤波处理,这些信号会严重影响数据转换系统的性能指标。在实际的设计过程中就需要我们对有用信号中的混叠信号需要滤除，否则会得到不正确的结果。 在此设计为低通滤波器，并由CY7C68013提供晶振频率。其电路为5-2所示：null5.2 模/数转换模块设计 5.2 模/数转换模块设计 选择A/D转换器的几个要点 确定A/D转换器的位数 确定A/D转换器的转换速率 系统A/D转换电路设计 AD1672的简介 AD1672的内部结构如图5-3 AD1672的工作原理 AD1672的时序图5-4 AD1672的封装 null5.3 USB2.0接口电路设计5.3 USB2.0接口电路设计5.3.1 USB2.0简介 通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)是由Intel等厂商制定的连接计算机与具有USB接口的多种外设之间通信的串行总线。2000年4月发布的USB2. 0把USB的传输速率提高了40倍，即达到480Mbit/s，使得USB在高速数据采集方面大有用武之地，也使得工程人员在设计高速采集系统时，不得不青睐于USB接口。 5.3.2 USB2.0的特点及优点5.3.2 USB2.0的特点及优点(1)速度快 (2)设备安装和配置容易 (3)易于扩展 (4)能够采用总线供电 (5)使用灵活 5.3.3 USB接口设计方案5.3.3 USB接口设计方案 为了满足系统对实时性和高带宽的要求，本系统的USB2.0接口采用同步传输方式。同步传输类型提供了以下特性:①在有限的延时中保证对USB带宽的访问；②中要向管道提供了数据，它就能保证管道的数据速率恒定；③在因错误使传输失败的情况下，不再重新发送数据。 5.3.4 USB2.0接口芯片介绍5.3.4 USB2.0接口芯片介绍 本系统选用Cypress公司生产的EZ-USB FX2系列的CY7C68013芯片，该芯片是针对USB2.0的，而且和USB1.1完全兼容。它支持两种传输速率:全速(Full-speed)12 Mbit/s和高速(High-speed)480Mbit/s。 EZ-USB FX2芯片包括1个8051处理器、1个串行接口引擎(SIE) , 1个USB收发器、8.5KB片上RAM, 4KB FIFO存储器以及1个通用可编程接口(GPIF)，如图5-6所示。 null5.3.5 USB2.0接口硬件电路5.3.5 USB2.0接口硬件电路 在本系统中，FX2工作在从模式(slave mode)，外部设备控制器控制着FX2的FIFOs, FX2的16位先入先出(FIFO:First-in First-out)数据线和外部设备控制器的数据线相连，外部设备控制器给FIFOsR提供48MHz的时钟信号IFCLK, FIFOs写允许信号SLWR, PKTEND和FIFOADR[1:0]。PKTEND为低电平时，表明写入 FIFOs的IN数据包可以为0数据包。FIFOADR[1:0]用来选择4个FIFOs中的一个。当被选中的FIFO已满时，FX2通过FLAGB给外部设备控制器发送FULL信号，让数据暂缓发送。具体接口电路框图如5-8。null5.4 储存模块设计5.4 储存模块设计 信号在AD1672中转换完毕后输出的12位结果被直接送入外部FIFO存储器IDT7202中，以供USB接口控制器CY7C68013读取。FIFO存储电路是便携式数据采集系统的缓存部分，FIFO的容量与存储率直接影响着数据采集器的存储深度和采样数率两个重要技术指标。 5.5 电源设计5.5 电源设计 在整个信号采集中需要为各个器件提供电压。一般为IDT7202,AD1672, IspLSI1032器件电压为5V。Hear20x2,CY7C68013为3.3V。电压跟随器电压需+12V,-12V。而其需要电压转换。具体的电压设计如下：null5.6编写USB采集卡的驱动5.6编写USB采集卡的驱动 (1) VC++6.0的设置 (2)在VC++6.0的程序 (3)CH341A的DLL程序编写说明 5.7 在LabVIEW中调用USB采集卡的驱动第6章 结 论第6章 结 论本设计主要完成了以下工作：矿井提升机检测系统的总体方案设计，制动系统的传感器设计与选择，数据采集卡的设计。得到以下结论： (1)系统的总体方案设计正确、可行，其主要功能基本得到实现。系统运行良好，显示准确，操作方便。 (2)系统具有实时显示提升机制动系统油压大小和位移的功能。记录丰富的历史数据，为以后提升事故调查和维护保养提供科学依据。 (3)系统具有和计算机的串行通讯功能，这是本设计的一个创新。将系统中存储的故障记录上传至计算机专用数据库中，可以实现对故障记录更好的管理和分析。 初次进行毕业设计，由于经验的匮乏，难免有些错误与不足，希望老师批评指正。致 谢致 谢 掩卷在际，欣喜之余，感激之情溢于言表！ 首先，感谢我的导师—刘杰辉副教授。刘老师治学严谨、学识渊博、为人诚恳、平易近人，以资深的学术造诣和高尚的人格魅力，传道授业，使我终生受益 。其次还要感谢测控教研室所有老师四年来精心栽培我。在此表示衷心的感谢！ 谢谢！谢谢！祝福全体测控教研究室老师们工作愉快！