矿用水泵性能测试虚拟仪器的研制

摘要

本课题采用虚拟仪器、单片机、开关电源等技术，研究开发了一套矿用水泵性能综合测试系统，解决了原有检测设备的自动化程度低，设备功能单一，检测精度低和人为因素对测量结果影响大等问题。本文根据煤矿实际情况，针对井下无法使用普通计算机等非防爆设备，提出了基于串行总线，由上、下位机组成系统的总体方案；对水泵现有的两种测试方法进行研究与对比，确定了适合煤矿实际情况的测试方法；在此基础上，研究开发了测试系统的硬件和软件；并对下位机软、硬件协调能力与功能进行了验证。 系统硬件由数据采集、数据存储、数据传输、实时时钟、电源等模块组成。数据采集模块由传感器、信号调理和A/D采样等部分组成，可实现水泵的流量、扬程、转速和输入功率等参数的数字化测量；数据存储和传输模块为测试数据的“井下采集，井上处理”提供硬件基础；数据存储容量达16Mb，可满足多台水泵测试数据的存储需求，数据传输模块采用RS232转CAN总线的方式，实现测试系统与计算机之间的数据交换；实时时钟提供测试数据时间标签，为非在线测试提供时间依据。系统采用蓄电池供电方式，实现仪器便携化，也为后续防爆设计提供方便。 系统软件包括下位机软件和上位机软件。下位机软件以Keil C51为开发平台，由数据采集、数据存储、数据传输、实时时钟管理等模块组成。针对井下大量强电干扰对测试系统的影响，采用软件滤波技术对测试数据进行预处理；数据存储部分设计了一种简易的文件系统，实现多台水泵测试数据的管理。上位机软件以LabView为开发平台，采用数据库技术，实现多台水泵设备测试数据的统一管理。编写软件测试程序，来测试软硬件的协调能力，并对系统的功能作了验证。 研制的应用系统为水泵性能测试工作提供重要数据支持，减小了测试过程中人为因素对设施结果的影响，提高了水泵测试设备的自动化程度，并为建立水泵设备的技术档案提供了可靠的依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1本课题的研究背景

1.1.1矿用水泵在煤矿生产中的重要性

1.1.2矿用水泵安全检测手段的现状

1.2虚拟仪器技术的现状以及在本系统中的应用

1.3本课题的主要工作与研究意义

1.3.1主要工作

1.3.2本文研究的意义

1.4本章小结

2 测试系统总体方案

2.1水泵性能测试的基本原理

2.2系统设计要求与系统的总体目标

2.3矿用水泵测试方法的研究与本系统的测试方案

2.3.1水泵热力学测试方法

2.3.2水泵水力学测试方法

2.3.3水泵性能参数的测量方法

2.4系统的总体方案

2.4.1总体方案设计

2.4.2系统硬件设计方案

2.4.3系统软件设计方案

2.5本章小结

3 测试系统硬件方案

3.1硬件设计原则

3.2系统主控芯片的选择

3.3数据采集模块

3.3.1传感器的选用

3.3.2流量的测量

3.3.3水泵扬程的测量

3.3.4水泵转速的测量

3.3.5输入功率的测量

3.4实时时钟模块

3.5数据存储模块

3.6通信模块

3.6.1单片机串行口工作方式

3.6.2 RS-2 32总线标准和CAN总线收发器在本系统中的应用

3.6.3通信模块设计

3.7人机接口模块

3.7.1键盘的设计

3.7.2显示模块的设计

3.8电源模块

3.9系统硬件抗干扰措施

3.10本章小节

4 测试系统软件方案

4.1系统软件概述

4.2人机交互界面设计

4.3下位机软件方案

4.3.1信号采集模块软件

4.3.2实时时钟模块软件

4.3.3数据存储模块软件

4.3.4液晶显示模块软件

4.3.5下位机通信软件

4.4上位机软件方案

4.4.1在LABVIEW中实现串行通信

4.4.2数据库的操作

4.5系统的软件抗干扰措施

4.6本章小结

5 系统调试与功能验证

5.1系统调试

5.2系统功能验证与测量误差分析

5.2.1测量误差的概念及表达方式

5.2.2测量误差的主要来源

5.2.3系统功能验证及误差的分析

5.3本章小结

6 结论

致 谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的论文