摘要：矿井提升机是矿山重要的生产设备，矿井提升机的可靠运行直接关系到煤矿生产的安全。传统的测控仪器由于片面依赖于硬件，具有较大的局限性，难以满足矿井生产的现实要求。文章提出了利用虚拟仪器技术来完成提升机各种测试和日常维护应用，从而提高提升机的故障诊断和日常维护效率并大幅降低维护成本，在日常生产中发挥了重要的作用。
关键词：虚拟仪器；提升机；故障诊断；LabView；检测仪器
中图分类号：TD534 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）04-0065-02
作为提供矿井内部联系重要任务的矿井提升机，是矿山重要的生产设备之一，在生产环节中占有非常重要的地位。现代的矿井提升机提升量大、速度高、安全性高，已发展成为电子计算机控制的全自动重型矿山机械。矿井提升机的可靠运行直接关系到煤矿生产的安全。
传统的测控仪器强调硬件技术的先进性，购置和维护的成本高昂、系统适应性比较欠缺，产品升级换代困难，系统接口往往不是开放的，难以适应日益多样化的矿山机械设备的日常维护和故障诊断需求。虚拟仪器技术利用柔性高效的软件技术结合先进的组合式硬件来完成各种测试和日常维护应用，在矿山机械的故障诊断和日常维护中发挥了越来越重要的作用。
一、虚拟仪器技术简介
虚拟仪器（Virtual Instrumentation）最早是由美国国家仪器公司提出的，虚拟仪器技术包括硬件技术和软件技术，硬件技术以GPIB、PXI等先进的计算机接口总线发展为标志，其功能是获取被测的物理信号；软件技术则以VISA等最新软件标准和Labview等先进开发平台为核心的，其作用是通过灵活的监控信息收集和诊断，输出各种灵活的报表，并通过分布式计算技术建立模拟提升机的运行环境，从而能够通过输入各种命令对提升机进行诊断，大大提高提升机日常维护的效率，并节省大量的硬件采购成本。
形象地说，虚拟仪器就是通过计算机软件将普通电脑与模块化的测试接口配件组合，像“搭积木”一样，用户可通过直观的仿真客户端来操作自己设计的仪器，从而完成数据的收集、处理、判断、输出结果等功能。虚拟仪器可以分为三个部分，即输入端、输出端和数据处理中枢。
二、基于Labview的矿井提升机故障诊断虚拟仪器开发
基于Labview的提升机故障诊断虚拟仪器，主要用于提升机振动信号的采集和处理，实现对提升机的状态监测与故障诊断，充分地发挥了虚拟仪器技术的优势，使测试精度、稳定性和可靠性得到充分保障。系统中所使用的硬件设备包括：笔记本电脑、数据采集卡、数据线、数据接口箱、抗混频放大器和压电式加速度传感器。在硬件与软件的设计上均采用了模块化结构，由信号输入与处理模块、CPU处理模块、按键显示模块、串行通讯模块和电源模块构成；软件采用单片机汇编语言编制，由主程序和若干个子程序构成。设计中充分考虑到故障诊断系统恶劣的使用环境，使整机性能稳定。系统对各个传感器产生的脉冲信号进行采样，由主处理器进行计算、判断，结果送入显示器。
（一）系统硬件构成
煤矿提升机状态监测与故障诊断系统的硬件是以微机为核心的可编程的数据采集、状态监测和数据分析系统，从实用性、灵活性、研制周期、性能价格比和应用推广等角度考虑，本系统硬件部分采用NI公司的笔记本数据采集模块等，开发平台为优秀的图形化语言Labview，所开发测试仪器功能强、精度高、测试速度快、实时性好以及具有友好的人机界面，在现场应用中得到了良好的效果。图1为系统的硬件构成图：
（二）总线形式选择
虚拟仪器技术的最主要的特点是不仅可以通过计算机实现灵活的测试和各种测量动作，更重要的是它可以通过各种不同的接口总线实现各种测试环境，从而适应矿山机械多样化的现实要求。按接口总线的组成方式划分，虚拟仪器系统可以选择以下总线形式：以DAQ等为硬件组成DAQ仪器、通过GPIB接口卡组成GPIB系统、VXI接口系统、PCI系统、并行总线和串行总线仪器等。
综合考虑各种总线形式的特点和成本，最终选择PCI总线形式。
（三）诊断系统功能构成
该诊断系统具有在线监测和离线分析功能，采用高速磁盘流技术、逐点分析技术和信号处理功能实现了8通道的数据的高速采集、动态显示、实时分析和数据处理等目的。
系统将利用时域分析等方法动态采集和分析设备状态，可以方便地进行诊断处理。通过实际应用，该虚拟仪器配置合理、能适应矿井复杂工作环境、操作界面人性化设计、系统架构设计合理，信息采集和设计准确度满足日常工作需要，为矿井提供了创新和便捷、高性价比的提升机检测和诊断手段。
（四）软件总体设计
软件设计遵循如下原则：
1．模块化设计。模块化设计的软件架构符合软件工程要求，有利于软件功能的拓展和完善。同时，软件设计中应采用软件工程的设计思想，设计合理的数据流图和设计用例并进行严格的软件测试。
2．可扩充性。是指根据实际的要求，系统可被方便地裁剪和灵活的扩展，使系统能适应变化和新情况。虚拟仪器系统设计应采用分布系统，子系统的增加或子系统功能的增加应该只是功能模块的增加，因此系统不会受矿山机械技术升级改造影响。
3．具有一定的保护措施。由于矿井工作环境比较恶劣，系统应具备一定的容错和保护措施，对于重要的采集数据要周期性转存到硬盘等介质，以防因停电等意外而损失历史采集资料。
程序总体结构框图如图2所示：
参考文献
[1] 黄松玲，吴静．虚拟仪器设计基础教程[M]．北京：清华大学出版社，2008．
[2] 侯国屏．LabVIEW 7.1编程与虚拟仪器设计[M]．清华大学出版社，2005．
作者简介：李其法（1952-），男，广西博白人，广西华锡集团股份有限公司工程师职称，研究方向：矿山机械。
（责任编辑：赵秀娟）