摘 要

随着现代工业的发展，带式输送机的应用也越来越广泛，带式输送机的能耗问题也变得越来越重要，所以带式输送机在线状态的监测研究，对减少设备损耗、增加运输能力和降低能源消耗都有重要的意义。本文基于LabVIEW软件，设计建立了带式输送机在线监测系统，利用监测硬件与PC机连接，监测带式输送机电机电流、电压、视在功率、有功功率、无功功率、理论功率及输送带水平距离和所运物料重量的实时数据，并实现对带式输送机的运行状态监控和报警作用，可为企业的节能和经济节约提供节能依据。

本文主要工作如下：

首先，从理论分析的角度出发，对带式输送机进行阻力分析并建立能耗模型，探讨带式输送机的结构、工作原理以及故障形式。设计监测系统的功能与具体实验方案，并对各部分硬件进行选型和分析。

其次，利用LabVIEW软件实现对带式输送机在线监测系统登录界面、采集界面、设置界面和导出界面等功能模块的开发，建立带式输送机监测软件。

最后，利用DCE42-SY多功能电力仪表、亚为USB 8AD Plus数据采集卡以及称重传感器、红外测距传感器，建立了基于散货码头物流装备与自动化实验室带式输送机的在线监测系统，进行了测试实验，通过对实验结果的分析，证明本文所设计的系统基本完成其预定功能和目标。

关键词：系统设计；信号采集；LabVIEW；传感器

Abstract

With the development of modern industry, the application of belt conveyor is becoming more and more extensive, and the energy consumption of belt conveyor is becoming more and more important. Therefore, the on-line monitoring and research of belt conveyor is of great importance to reducing equipment loss, increasing transportation capacity and reducing energy consumption. Based on LabVIEW software, the design is designed and established in this paper. The on-line monitoring system of belt conveyor is used to monitor the electric current, voltage, power, reactive power, theoretical power and real-time data of the horizontal distance and material weight of the conveyer belt, which can be used to monitor and alarm the running state of the belt conveyor. It can be used for the enterprise to monitor and alarm the operation state of the belt conveyor. Energy saving and economic saving provide the basis for energy saving.

The main work of this paper is as follows:

Firstly, from the angle of theoretical analysis, the resistance of belt conveyor is analyzed and the energy consumption model is established, and the structure, working principle and fault form of belt conveyor are discussed. The function of the monitoring system and the specific experimental scheme are designed, and each part of the hardware is selected and analyzed.

Secondly, using LabVIEW software to realize the development of the login interface of the belt conveyer on-line monitoring system, the collection interface, the setting interface and the export interface and so on, and establishing the belt conveyor monitoring software.

Finally, an on-line monitoring system based on logistics equipment and automatic laboratory belt conveyor of bulk cargo terminal is established by using DCE42-SY multifunctional power instrument, USB 8AD Plus data acquisition card, weighing sensor and infrared ranging sensor. Through the analysis of the experimental results, it is proved that the system designed in this paper basically achieves its intended function and goal.

Key words: System Design; signal acquisition LabVIEW; Sensor

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究意义 1

1.2 国内外研究动态 2

1.3 论文研究主要内容 3

第2章 带式输送机工作原理及存在问题分析 5

2.1 带式输送机结构和工作原理 5

2.1.1 带式输送机的结构 5

2.1.2 带式输送机工作原理 9

2.2 带式输送机存在的问题 10

2.2.1 跑偏 10

2.2.2 打滑 11

2.2.3 纵向撕裂 11

2.2.4 能源消耗问题 11

第3章 带式运输机能源消耗模型的建立与分析 12

3.1 带式运输机能源消耗模型的建立 12

3.2 能源消耗模型分析 17

第4章 带式输送机在监测系统的总体设计 19

4.1 监测系统的主要功能设计 19

4.2 带式输送机状态参数监控及设备选型 19

4.2.1 电机参数监控 19

4.2.2 输送带打滑状态监控 20

4.2.3 输送带纵向撕裂监控 21

4.2.4 输送带跑偏监控 22

4.2.5 托辊监控 23

4.2.6 输送带温度监控 23

4.3带式输送机在线监测实验平台建立 24

4.3.1 实验平台传感器选型 24

4.3.2 数据采集卡选型 27

4.3.3 多功能电表和USB数据采集卡的软件配置 28

4.3.4 传感器的布置及电表的接线 29

第5章 带式输送机在线监测系统软件开发与实现 31

5.1 LabVIEW简介及虚拟仪器系统构成 31

5.2 数据采集模块 31

5.2.1 基于VISA的USB通信 31

5.2.3 采集卡采集程序开发 31

5.2.2 MODBUS通讯 32

5.2.4 多功能电表采集程序开发 33

5.3 系统功能模块开发 33

5.3.1 系统登录 33

5.3.2 系统采集模块 35

5.3.3 参数设置 37

5.3.4 数据导出 38

5.4 模拟实验及结果分析 39

5.4.1 模拟实验的建立 39

5.4.2 在线监测实验 40

5.4.3 实验结果分析 40

第6章 系统的经济效益和环保效益评估 42

第7章 总结与展望 43

参考文献 44

第1章 绪论

1.1 课题研究意义

随着社会工业化进程的加速，越来越多的行业采用了带式输送机。出现的问题和事故数量也在增加，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，因此保证安全生产和节约能耗成为了研究人员的艰巨任务。本文是基于LabVIEW的带式输送机在线监测系统设计，目的是随时观察发现带式输送机各种工况下的实时情况，对带式输送机进行节能操作，并避免出现人员伤亡和财产损失，以防事故的发生。

作为工业生产中长距离和大批量连续运输的机械设备，带式运输机随着科技的发展和开采力度的增加越来越受欢迎，得到了极大的应用，其速度和连续运输能力正在不断提高，并得到改善。则其安全运输的系统也要改进与提高，除对设备的正常使用、维护外，备检测仪表、分析诊断仪器、传感器等也要更加广泛的应用。另外，皮带运输机是一种适合长途运输的机械设备，可能出现打滑、跑偏及纵向撕裂^[1]。其减速器还可能出现油位不足、油位过高、油位过高等问题，这就需要监测系统的实时监测，随时可以发现问题。

随着长距离、高效率和大功率的带式输送机越来越多的应用，带式输送机的节能需求也在不断增加。然而，在线监测系统的落后制约着带式输送机的发展。现在，随着传感技术的飞速发展和编程图形化语言LabVIEW的出现，为带式输送机的在线监测系统带来了新的方向。这对节能和保护带式输送机具有重要意义。

以日照港集团为例，日照港倾力建设的“节约型港口”，正在全力开展港口的节能减排工作，不断引进各项先进技术，节约能源消耗。日照港二公司在装载机堆载作业中创新使用了“368”降耗堆高作业法，降低了柴油消耗量；岚山公司推广的矿砂漏斗操作方法改进了木材装卸工艺，创新了拖船节油工作方式，具有明显的节能效果。三公司通过实施拖盘腿改造和铜精矿漏斗改造，提高了作业效率，改善了作业环境，降低了能耗。针对车站分散、距离远、机车换乘作业频繁等问题，改进机车运行规程，实施机车固定区域作业方法，降低机车运行速度，减少机车燃料消耗。能效控制器用于提高110台风机和5台空气压缩机系统的能效。能源消耗可降低16%～26%，每年可节约电费177万元。到目前为止，能源综合单耗年均下降达7.2%之多，节能效果显著。

在生产成本结构中，能耗占比较大，随着机械化和自动化水平不断提高，基本装备和货物吞吐量及衍生产业的迅猛增长，能源消耗亦随之逐年攀升。中国正在全国范围内推行节能减排任务，为了降低企业的生产成本，为了提高企业的核心竞争力，企业应积极采取措施降低能源消耗，提高企业经济效益。因此，带式输送机能耗的在线监测已成为本文重要的研究目标。

1.2 国内外研究动态

带式输送机的生产环境较差，经常受到各种各样问题的威胁。生产监测监控仪器与装备的配套与使用。为发现问题隐患提供了有力的保证。为了确保安全生产和控制重大恶性事故发生，世界上许多国家自20世纪50年代开始，陆续地把监测、监控技术应用到安全生产中，国内一些生产厂家也在积极将监测监控系统移植到日常生产活动中^[2]。

对于大多数散货码头，如煤和矿石，装卸设备和水平运输设备是最耗电的设备，它们的电力消耗占总能耗的40%左右。日照港矿石码头于2011年顺利完成了6台卸船机的综合节能技术改造，主要包括卸船机电气室换热系统和风光发电照明系统及LED灯具应用改造三部分，项目实施后，卸船机辅助生产用电大幅减少，每年可节约电能约73.5万千瓦。但该码头的水平运输设备（即带式输送机）能源消耗却未得到降低，其带式输送机某些工况下仍处于轻载运行，相对较低的效率导致带式输送机驱动系统的电机为非最佳状态和高能量的消耗。致使功率因数更低，能耗更高。

近年来，计算机技术、现代测试技术和现代传感器技术^[3,4]已广泛应用于矿山运输系统。在检测领域引发了一场新的革命，它是计算机技术与测试技术、传感器技术监测系统研究的结合。目前，它是第三代计算机辅助测试系统，即计算机参与测量特性的分析、测试信号的产生和测试信息的处理。第三代计算机辅助测试系统的核心是计算机，它是一个综合的测量和控制系统。它是一个闭环测控系统。

目前的监测系统有基于PLC的，基于单片机的，基于组态软件的，基于虚拟仪器的^[9]；现在，基于PLC的电子控制系统相对成熟。目前，越来越多的学者正在研究基于虚拟仪器的测试系统。如：西安科技大学刘艺研究的基于虚拟仪器的带式输送机动态参数测试系统研制^[5]，系统分为上位机和下位机，上位机实现对LabVIEW平台上所编系统的运行、数据处理和测试结果的动态分析，下位机采用单片机芯片实现数据采集。基于单片机的，张治斌、朱俊杰^[6] 提出了一种单片机显示终端结构电路的设计方法，并讨论了电路中各个主要模块的结构、应用方法和技巧。显示终端实现了用户与煤矿监测监控工作站的交互以及用户与网络资源的交互。还有杨从桂^[7]基于力控组态软件的带式输送机监控系统，以PLC作为分布式控制系统的核心，对皮带输送机进行控制和各种保护，配有力控组态软件的主机远程监控皮带输送机的运行状态。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠性、安全性等问题。

虚拟仪器是将计算机资源、仪器硬件和数字信号处理技术相结合，将制造商定义仪器功能的方式方法变换为用户定义的仪器功能。根据测试的需要，用户可以设计所需的仪器系统，并使用一个或多个常用功能来调用不同的软件模块以形成不同的仪器功能。

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