基于LabVIEW的轉矩轉速測試系統

高 宇

（1.太原理工大學，山西 太原 030024；2.煤炭科學研究總院太原研究院，山西 太原 030006）

基于LabVIEW的轉矩轉速測試系統

高 宇1，2

（1.太原理工大學，山西 太原 030024；2.煤炭科學研究總院太原研究院，山西 太原 030006）

礦用掘運機械傳動部件是保障設備正常運轉的關鍵部件，其性能要求高可靠性、高效率、高壽命，使用前的測試工作尤為重要。介紹了采用LabVIEW和PCL711數據采集卡相結合的轉矩轉速測試系統；該系統可完成轉矩、轉速、功率、效率等參數的實時、歷史數據的顯示、查詢和打印等工作。

LabVIEW軟件；數據采集；轉矩轉速

近年來，我國礦用掘運機械向大功率發展，煤礦生產要求設備有高開機率，其傳動部件應保證高可靠性、高效率、高壽命。因此，設備投入使用前的測試工作顯得尤為重要。轉矩、轉速是衡量傳動部件性能的兩個基本參數，是其必須測試的兩個參數。

隨著計算機技術和測試技術的提高，人們廣泛應用計算機軟件與數據采集卡結合構成各種數據采集與測試系統；而軟件技術的日益發展，形成了大量通用、可靠的測試軟件模塊。各種專用模塊組合使用，形成不同數據采集系統的軟件，縮短了開發時間，降低了開發難度。

本文介紹了一種基于LabVIEW與數據采集卡結合的專用轉矩轉速測試系統，可以完成各項參數測試分析，還具備人性化界面、易于操作，且硬件結構簡單，開發周期短。

1 系統的總體設計

本系統采用虛擬儀器技術（virtual instrument），利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活模塊化軟件，實現不同的儀器功能，完成測試工作。虛擬儀器技術的采用，將系統中的部分硬件轉為軟件實現，大大縮小了硬件的體積，增加了系統的靈活性和可靠性。

經對系統需測參數的特性分析及經濟方面的考慮，采用了較通用的傳感器、數據采集卡和計算機相結合的設計方案。測試時，傳感器將待測信號傳遞給信號調理模塊，進行頻率—電壓轉換，再用數據采集卡送入計算機，并由數據處理軟件對數據進行分析、顯示、存儲。系統框圖，見圖1。

圖1 轉速轉矩測試系統框圖

2 系統的硬件設計

系統硬件主要包括：轉矩轉速傳感器、數據采集卡、工控機、觸摸屏等。系統硬件聯接，見圖2。

圖2 系統硬件組成圖

2.1 轉矩轉速傳感器

轉矩轉速傳感器使用JCZ2000型傳感器，它通過彈性軸、兩組磁電信號發生器，把被測轉矩、轉速轉換成具有相位差的兩組交流電信號，這兩信號的頻率相同、且與軸的轉速成正比，而其相位差的變化部分又與被測轉矩成正比。傳感器工作原理，見圖3。

圖3中的傳感器又集成了一個智能模塊，它可將傳感器輸出的相位信號直接調理成數字信號通過總線傳輸給數據采集卡，再傳輸給計算機（不需要二次儀表），總線上可掛接多臺傳感器組成測試網絡。該模塊還有自動零點補償，自動隨環境溫度修正傳感器系數等智能化特性，提高了傳感器的實際測量精度，消除了原來傳感器與二次儀表互換時帶來的誤差；由于增加了套筒測速裝置，即使在轉速很低或為“0”時，也能精確測量轉速。

2.2 數據采集卡

數據采集卡采用了研華公司的PCL711多功能數據采集卡，通過ISA插槽與工控機相連，用于測量門閉鎖信號、系統狀態等，該卡具備12位A/D分辨率，采樣頻率最高可達2MHz。

2.3 其它設備

打印機、觸摸屏、移動存儲設備等，均采用標準接口與工控機相連接。

圖3 JCZ型轉矩轉速傳感器原理圖

3 系統的軟件設計

1）LabVIEW軟件：是NI公司開發的虛擬儀器開發軟件，它以簡化開發工作為目標，用來進行數據采集和控制、數據分析和數據表達。采用圖形化程序語言，又稱“G”語言，基本不用編寫程序代碼，取而代之的是程序流程圖。它用“所見即所得”的可視化技術建立人機界面，提供了大量的儀器面板中的控制對象。用戶還可通過控制編輯器將控制對象修改成適合自己工作領域的控制對象。它與其它軟件開發平臺相比，LabVIEW最大的優勢在于測控系統領域，它將數據采集、分析、處理、顯示功能集中在了同一個計算機通用環境中，可以簡單、快速、可靠地集成一套完整的實用方案。

2）程序設計：根據系統測試要求，將軟件分成一個主機控制模塊和若干個子功能模塊，包括：數據采集模塊、數據處理模塊、顯示模塊、后臺管理模塊等。主模塊和子模塊間的數據交換接口有3個，采用LabVIEW中的隊列queue方式和通知notifier實現數據交換。主模塊負責用戶主控制界面、子模塊的管理、串口的管理、與子模塊的數據交換等任務。數據采集模塊與數據采集卡通信，將數據存儲到計算機中，由數據處理模塊完成數據計算，同時顯示模塊將實時數據顯示出來，并可由后臺管理模塊對實時數據進行比較，如果數據異常可由軟件發出指令停止采集，并報警。系統流程圖，見圖4。

圖4 系統的測試流程圖

4 結束語

使用LabVIEW軟件平臺開發本文測試系統，很好地把設計要求與具體的軟硬件技術相結合，采用LabVIEW軟件完成大量復雜的計算機控制和數值運算工作，充分發揮了LabVIEW軟件在測試領域的技術優勢，大大簡化了系統設計，縮短了軟硬件調試過程及系統開發周期，方便了系統的維護，提高了測試系統的自動化程度和測試精度。實踐證明，采用LabVIEW與數據采集卡相結合的設計方式，已經成為數據采集與處理領域流行的開發方法。隨著新技術的涌現，LabVIEW的功能更趨完善，與硬件結合的越趨緊密，數據采集系統的開發將變得越來越簡單、靈活、快速，可靠性也會更提高。

［1］ 楊樂平.LabVIEW程序設計與應用［M］.北京：電子工業出版社，2001.

［2］ 李 剛.LabVIEW-易學易用的計算機圖形化編程語言［M］.北京：北京航天航空大學出版社，2001.

［3］ 李海濤，楊樂平.LabVIEW高級程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2003.

［4］ 劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設計［M］.北京：電了工業出版社，2003.

［5］ 張毅，周紹磊，楊秀霞.虛擬儀器技術分析與應用［M］.北京：機械工業出版社，2004.

Test System for Torque and Rotational Speed Based on LabView

GAO Yu1，2
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024；2.Taiyuan Institute,Coal Science Research Institute,Taiyuan Shanxi 030006)

The transmission parts of driving and transporting machinery are crucial to ensure their normal operation.The performance requires high reliability,high efficiency and high endurance,so the test before use is very important.The torque and rotational speed test system combined with LabVIEW and PCL711 data collecting is introduced.The system can realize display,enquiry,and print of real-time and historical data,including torque,rotational speed,power,efficiency and other parameters.

LabVIEW;data acquisition;torque and rotational speed

TP274

A

1672-5050（2011）06-0071-03

2011-03-15

高 宇（1973—），山西代縣人，在讀工程碩士研究生，高級工程師，主要從事煤礦機電的設計與開發工作。

徐樹文