摘 要：系統(tǒng)的介紹了采煤機電渦流加載測試系統(tǒng)的主要構成、原理；通過理論分析，給出了系統(tǒng)的硬件和軟件選型、設計，利用工控機強大的數據處理能力，結合VB良好的操作界面，對系統(tǒng)進行了優(yōu)化和調試，并根據具體的功能要求進行程序測試。該套設備投入生產測試以來，節(jié)約了一定的資金，提高了采煤機維修的質量。

關鍵詞：采煤機；電渦流測功；加載測試；計算機輔助測試系統(tǒng)

1 采煤機加載測試系統(tǒng)的重要意義

隨著采掘機械化的發(fā)展，技術裝備的功率和復雜性日益增加，設備的自動化程度的逐步提高有利于礦井安全生產，增產增效，減輕職工勞動強度等。但是由于煤礦生產工作面接替較快，設備使用流動循環(huán)性大，工作使用環(huán)境極為惡劣，操作及維護空間受限，采煤機故障頻發(fā)，維修成本急劇增加。直接導致生產效率低下，和企業(yè)生產成本增加，而且不利于煤礦安全生產。

在一些煤礦綜采工作面，現場生產實際調研統(tǒng)計，采煤機搖臂截割部故障的率較高，主要表現為電機燒毀、漏油、軸承損壞、斷軸、嚴重的造成殼體損害報廢。目前，采煤機等設備均在采煤工作面結束以后成套設備進行升井到地面維修車間進行維修。在修復過程中，修復各種影響因素的限制，采煤機截割臂等關鍵部件加載試驗幾乎不做，一般只是通電空載運行實驗。這樣維修后的采煤機在入井，采煤機切割部，電機，減速機等部件往往產生新的故障，這樣導致綜采工作面的生產效率低下，增加了安全隱患，也大大增高了設備的維修成本。因此，近年來，國內開始切割采煤機負載的一部分進行了研究。電渦流測功機加載方式的加載平臺，有利于提高生產效率，降低維修成本，避免一些安全事故，提高了煤礦生產的經濟效益和社會效益。[1]

2 采煤機加載試驗的分類

2.1 摩擦加載測試試驗臺。這種試驗臺的缺點比較多：加載測試能力不足、浪費能源、產生很多的熱量污染環(huán)境、試驗測試數據不穩(wěn)定；優(yōu)點是投入資金比較少、安裝調試方便等。

2.2 直流發(fā)電逆變加載測試。這種測試可以對較大功率采煤機進行加載實驗，比如采煤機截割部、行走部等，這種方式能夠回收一部分能源。但是這種加載測試方式結構復雜，日常管理和測試技術嚴謹，測試過程，被測試電動機一旦過載，就會出現故障，導致無法測量。

2.3 異步電動機反饋加載測試。其缺點是測試的種類較少，同時在測試過程中被測電動機不能過載。其優(yōu)點是能夠回收能源。

2.4 采煤機電渦流測功加載實驗臺主要采用機械閉環(huán)的加載方式。其主要組成部分為：電渦流測功機、控制器及測力裝置組成測功裝置，可以測取被測機械的輸出轉矩和轉速、從而得出輸出功率。電渦流測功機利用渦流損耗的原理來吸收功率。逐漸取代磁粉離合器、水力測功機、直流發(fā)電機組等。電渦流測功機在中小功率、低速的加載測試技術上，易于實現計算機技術的廣泛應用，實現智能控制。具有測試范圍寬廣、測量精度高、轉動慣量小、結構簡單、對突變負荷響應為0.2s、可以雙向測試的特點，實現遠距離自動化操縱及數顯、打印測量的水平較高。同時，為適應某些特殊機械，將設備的垂直轉動變換成水平傳動方式。[2]

3 電渦流加載測試技術及測試標準

3.1 電渦流加載測試系統(tǒng)簡介

電渦流檢測系統(tǒng)裝載煤炭的最大特點是所有的測試數據的采集和處理，并由計算機自動完成，方便可靠，避免了各種人為因素的影響。在測試過程中，從相應的傳感器信號，首先發(fā)送到儀器展示柜二次儀表，二次儀表的傳感器信號被放大，過濾，轉換，數字顯示，并通過相應的接口電路傳輸給計算機，通過測試軟件進行數據處理，如存儲，顯示，打印等在。第二次儀表輸出信號有兩種形式，一種為模擬油的溫度，電壓，電流，有功功率，功率信號；一個是數字轉矩，轉速，功率信號。這兩種檢測信號分別通過A/D轉換和RS232等接口電路送至工控計算機，由工控計算機進行處理。[3]

3.2 電渦流測試系統(tǒng)主要部件組成及結構

電渦流測試系統(tǒng)的主要設備包括：4塊平臺、1臺轉矩轉速傳感器、2臺增速器、1臺電渦流測功加載器、1臺加載控制儀、1個20立方下水池、1套水泵電機組，1臺1140V電量測試柜、1臺3300V電量測試柜、1個紅外測溫儀、1臺噪聲測試儀、1套水壓傳感器、1套水溫傳感器、6套電流傳感器、6套電壓傳感器、4套功率傳感器、數顯儀表18套等。加載測試系統(tǒng)原理框圖如圖1。

圖1 電渦流加載系統(tǒng)總體框圖

4 系統(tǒng)關鍵技術的實現

4.1 系統(tǒng)硬件設計

以PCI總線為主的采煤機加載試驗測試系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。研華PCI總線具有抗干擾能力強、同時連接的設備多、傳輸距離遠等特點，為了實現系統(tǒng)閉環(huán)智能控制，實時性能好，系統(tǒng)采用1條RS232總線，通過專用雙端屏蔽電纜將扭矩測試僅和加載器控制器到工控機的一個串口上。對實時性要求不高的，如電壓表、電流表、溫度等測試連接到PCL813B，經過數據處理送到工控機PCI總線，系統(tǒng)用計算機具備通過網線連接到交換機上，隨時了解現場情況或查詢歷史數據。IPC通過2個串行接口，該電壓表，電流表，溫度測試儀，扭力測試儀和實時控制器發(fā)送命令，每個點的溫度，并從電壓表，電流表，電壓和溫度的測試只扭矩測試只檢索的值在網格中，電流值，采煤機切割單元值，轉矩，速度和功率等。利用加載、減載等命令控制加載器，工控機總線傳輸回來數值以數據表格或曲線等方式顯示再顯示器上，同時，工控機啟動存儲程序，將上傳數據進行存儲，以便后期技術人員進行查詢、分析和打印。[4]

由于現場距離較遠，為了減少現場環(huán)境等對測試系統(tǒng)干擾，溫度傳感器選用熱電阻傳感器。溫度測試儀為電流型，測試電流范圍為：4-20mA。增加變送器中的熱電阻，發(fā)射器將指示溫度的電阻值轉換成4-20mA的電流值被傳遞到溫度測量儀。溫度測定儀連續(xù)周期檢測的多個電流值，并根據按照工業(yè)CPU的命令，分別將溫度值與CPU的要求的通信協(xié)議周期性地顯示在儀器的溫度測量，顯示，溫度檢測儀。在同一時間，在所測量的電機動力線CT和PT的輸出被直接連接到電流表和電壓表，根據IPC這些表在總線上發(fā)送的命令分別的電流值和電壓值被傳遞到計算機。工控機按照存儲的《試驗規(guī)范》、《檢驗規(guī)范》和《采煤機截割部的試驗》要求，采用扭矩測試儀實時測得的數據，通過加載控制器對系統(tǒng)進行控制，可以進行閉環(huán)實時測試。

4.2 通訊協(xié)議的處理

將電流表、電壓表、溫度測試儀、扭矩測試儀等部件通訊協(xié)議統(tǒng)一安排在PCI總線上有效的解決了相互之間的干擾，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

4.3 軟件編譯

工控系統(tǒng)軟件的主要功能有：參數的設置、數據采集處理、試驗的自動測試、試驗報表和特性曲線的自動生成及歷史數據的查詢和打印。系統(tǒng)采用模塊化、結構化、層次化程序設計技術。系統(tǒng)中模塊化程序主要有：數字量輸入板卡子程序、數字量輸出板卡子程序、模擬量輸入板卡子程序、模擬輸出板卡子程序、啟動電機調速子程序、電壓調整子程序、電流調整子程序、濾波子程序和保護子程序等等。

4.4 數據采集及處理的實現[5]

系統(tǒng)軟件部分主要通過調用DRV_AIVoltageIn（DriverHandle， （LPT_AIVoltageIn）&ptAIVoltageIn）函數，來采集數據。

CString szBuffer；

char szErrMsg[80]；

strcpy（szErrMsg，"Device open error ！"）；

szBuffer.Format（"data = %10.6f"， fVoltage）；

if （（ErrCde = DRV_AIVoltageIn（DriverHandle，

（LPT_AIVoltageIn）&ptAIVoltageIn）） ！= 0）

{

DRV_GetErrorMessage（ErrCde，（LPSTR）szErrMsg）；

51

MessageBox（（LPCSTR）szErrMsg，"Driver Message"，MB_OK）；

DRV_DeviceClose（（LONG far *）&DriverHandle）；

return；

}

CWnd* pWnd = GetDlgItem（IDC_EDIT1）； //在編輯框和列表框中顯示數據

pWnd->SetWindowText（szBuffer）；

pDataList->InsertString（0，szBuffer）；

CDialog：：OnTimer（nIDEvent）；

}

void CStartDlg：：OnButton2（） //停止數據采集

{

// TODO： Add your control notification handler code here

KillTimer（1）；

DRV_DeviceClose（（LONG far *）&DriverHandle）；

}

void CStartDlg：：OnOK（） //退出程序

{

if（DriverHandle ！=（long）NULL）//判斷句柄是否已經釋放，如沒有則在此釋放

DRV_DeviceClose（（LONG far *）&DriverHandle）；

CDialog：：OnOK（）；

}

4.5 軟件的運行

計算機輔助測試軟件的中文WindowsXP操作系統(tǒng)下，Visual Basic6.0為編程環(huán)境，開發(fā)界面友好，提示和幫助所有的中國，易于學習，易于使用的操作，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和容錯性是好的。維修方便，采用模塊化結構和層次關系菜單時，軟件的設計與開發(fā)，采用容錯技術。VB程序的結構如圖3所示。

測試軟件先經編譯后，建立桌面快捷圖標，在測試時，雙擊桌面上測試軟件“采煤機、減速器加載試驗臺”，即可啟動主控模塊。

在主控模塊中，菜單的設計主要包涵試驗項目及其擴展功能，性能測試主菜單內容包括：

采煤機切割性能試驗，減速性能測試，炮頭緩速測試等。對應于每個測試模塊，根據所述第一系統(tǒng)提示選擇對象的設備，輸入設備編號，然后實現以下功能：數據采集，數據存儲，報表打印。所有的功能都在菜單上，單擊鼠標右鍵，會出現浮動菜單上的上述功能。

采煤機截割部性能試驗、減速器性能試驗、掘進機炮頭減速器試驗等。對應于每一個測試模塊，首先要根據系統(tǒng)提示選擇被試設備型號，輸入設備編號，然后實現的功能有：數據采集、數據存盤、報表打印等。各項功能均采用菜單驅動，單擊鼠標右鍵即可出現關于以上功能的浮動菜單。

圖3 采煤機加載實驗程序框圖

5 結束語

本文對電渦流加載系統(tǒng)進行闡述和技術分析，并在這個基礎上研發(fā)采煤機加載試驗系統(tǒng)，包括硬件部分、計算機數據自動采集與數據處理系統(tǒng)等部分。測試軟件進行數據處理，如存盤、顯示、打印功能等。目前，投入使用的采煤機電渦流加載試驗臺，能夠滿足所有維修各類采煤機、減速機等設備的性能檢測，全面提升了綜采設備的維修水平。

參考文獻

[1]王宏權，付文清.采煤機整機加載試驗的構想[J].煤礦機械，2011， 32（9）：61-62.

[2]劉禮志，黃良沛.面向維修的采煤機截割部加載試驗臺的研制[J].煤炭技術，2007，25（5）：14-16.

[3]孫忠義.電牽引采煤機的研制、使用及發(fā)展前景[A].中國煤礦綜采機械化發(fā)展30周年學術研討論文專集[C].2000.

[4]張福起.采煤機整機加載試驗方案[J].煤礦機械，2011，32（2）：151-153.

[5]羊躍海，錢嗣鳴.采煤機電牽引部試驗的加載裝置[J].煤礦機電，1998，28（4）：9-11.

作者簡介：孔偉（1972-），男，工程師，1997年畢業(yè)于淮南工業(yè)學院（現安徽理工大學），現從事機電方面的技術與管理工作。