故障诊断仪范文第1篇

【关键词】OBD-II；蓝牙；ISO-15765；诊断系统；手机应用程序

0 引言

随着科技的发展及汽车电子控制技术的提高，汽车的诊断方法也逐渐从以前的人工定性检查转变到现在的车载自诊断系统。现在主流的车载自诊断系统主要为手持式故障诊断仪，此类诊断仪一般具有强大的功能和广泛的实用性，但是由于价格昂贵和功能的专业针对性，加上其体积较不易携带，导致其只适合于专业维修使用，在一般车主中推广存在难度。

而本文设计的汽车故障诊断仪，只需要一台配备蓝牙的智能手机并安装上相应的手机程序，即可实现汽车故障诊断及车辆状态监测。由于现在的智能手机普及率高，而且本诊断仪体积小，成本低，易于携带，非常有利于推广和使用，具有很强的市场竞争力。

1 整体系统设计与工作原理

1.1 故障诊断系统的设计

如图 1所示，整个诊断系统包括两个部分，分别是蓝牙故障诊断终端及手机应用。

蓝牙故障诊断终端通过汽车OBD-II口与车辆通信，并通过蓝牙模块（Bluetooth，简称BT）和智能手机通信。所以通过本蓝牙故障诊断系统，即可实现用手机对汽车进行故障诊断和车辆状态监测。其中，完成诊断模块和车辆的数据交互，是该系统中最重要的方面。

系统符合ISO15765诊断规范及OBD-II标准。其中OBD-II标准是为了解决汽车对外的通讯协议和通讯接口的统一问题，美国汽车工程师协会（SAE）在1993年制订的。

OBD-II接口引脚定义如表格 1所示。其中本诊断仪用到的通信协议为：ISO15765（CAN-BUS）[4]，通过OBD-II口的1、9、6、14脚连接，这样就可以直接跟汽车内任何CAN节点进行交互通信。

手机应用方面主要负责人机交互界面及诊断数据的储存。用户通过手机提供的人机交互界面显示选择相应的诊断服务，然后手机应用程序会将相应的指令发送到蓝牙故障诊断终端去执行，执行结果同样经过蓝牙信道返回到蓝牙故障诊断终端，并将数据显示到界面。见表1。

1.2 蓝牙故障诊断终端的设计

1.2.1 蓝牙故障诊断终端的软件架构

1）蓝牙故障诊断系统的操作系统

系统采用符合OSEK/VDX规范的车规级操作系统。此标准定义了三个组件来构成OSEK/VDX标准：实时的操作系统（OSEK OS）[1]，通讯子系统（OSEK COM）[2]和网络管理系统（OSEK NM）[3]。图 2给出了OSEK/VDX的基本结构和各组件间的关系。

2）蓝牙故障诊断终端应用软件任务划分

本蓝牙故障诊断系统的应用软件主要划分为两个任务：蓝牙任务（BT Task）及CAN总线任务（CAN Task）。两个任务之间通过消息进行通信。

3）CAN总线任务

CAN总线任务主要完成CAN总线诊断命令的收发，应用数据的组包解包等与汽车各ECU节点交互通讯相关。主要的流程图如图 3所示。

4）蓝牙任务

蓝牙任务主要处理蓝牙的连接管理，蓝牙数据收发，应用数据组包解包等与手机交互通讯相关为蓝牙故障诊断终端软件的一个重要部分，其流程图如图 4所示。

1.2.2 手机应用程序的执行流程的设计

汽车蓝牙故障诊断系统通过蓝牙接口与智能手机相连，并需要设计出与本系统通信配套的手机应用程序。该手机应用程序实现的功能主要是：

1）发起对蓝牙故障诊断系统的连接。

2）通过手机界面，将诊断指令经蓝牙信道发送到本蓝牙故障诊断系统。

3）接收蓝牙故障诊断系统返回的信息，解包，分类并显示到手机界面。

目前只针对安卓手机设计出与本系统配套的APK程序，通讯流程如图 5所示。

通过手机应用程序与本故障诊断系统相结合，可以实现下面功能，如读清各个ECU节点的故障码，读取ECU信息等。手机应用程序则将本故障诊断系统返回的信息解包及分类显示到手机界面，如故障码的数目及对应故障码的信息。还可以根据诊断信息生成诊断报告，其中包括诊断的时间，及对应的汽车状态参数等。

此外，根据用户需要，还可以生成汽车内部运行的数据流曲线，例如：发动机转速，平均油耗等等。这些记录均可以生成*.csv文件，并存储到手机的存储卡中。

2 实验结果

如图6所示，为本蓝牙汽车故障诊断系统对8个ECU进行连续诊断的总线数据记录，由结果可得，本系统能基本实现汽车故障诊断功能。

3 结语

本蓝牙故障诊断仪能够实现基本的汽车故障诊断功能，而且使用范围广，极大方便车主或汽车修理专业人士对汽车的管理及汽车运行数据的分析，而且扩展性强，易于携带，具有很大的实用意义。

【参考文献】

[1]International Organization for Standardization.ISO 17356-3，Road vehicles-Open interface for embedded automotive applications-Part 3：OSEK/VDX Operating System （OS）[S].2005.

[2]International Organization for Standardization.ISO 17356-5，Road vehicles-Open interface for embedded automotive applications-Part 5：OSEK/VDX Network Management（NM）[S].2006.

故障诊断仪范文第2篇

【关键词】油田企业；仪器仪表；维修维护

当前，石油企业的自动化水平在不断提高，GLZ型高压流量自控仪、井站RTU、功图计量仪、机泵变频调速仪、抽油机远程启停仪、原油长输管线泄漏监测仪等专用仪器仪表逐渐投入使用，给仪器仪表的维护管理提出了一系列问题，如何准确诊断仪表的故障，是保证其生产平稳运行的关键。本文阐述了油田常用仪器仪表的故障诊断方法，以便对现场操作人员进行指导。

1.常用仪器仪表的故障诊断方法

1.1询问观察触摸法。石油企业大功率机泵多、电压电流起伏大，造成电路故障频繁，观察触摸询问法是仪器仪表故障检查的常用有效方法。当仪表发生故障时，维修人员首先应尽可能多地询问仪表发生故障前后的工作情况，然后，在断电情况下，观察仪表上各有关儿器件及接线端子是否有烧焦、脱落、相碰及变形等现象。依次检查有关集成电路和接插件，确认是否有松动、接触不良的部位。最后，再给仪表送电，并用手触摸电源变压器、散热器、集成电路等部位是否有过热现象。当发现异常时，应立即断电，把有异常现象的部位或儿器件作为重点检查对象，进一步仔细查找原因，即可查出发生故障的确切部位。

1.2替代法。仪器仪表的故障，多数是由于单个器件损坏或某连接件接触不良造成的。因此，利用替代法检查仪表故障，有时会收到既快又准的效果。此法最适合有相同型号仪表或仪表电路有备用板、备用芯片的情况。当仪表发生故障时，首先应确认仪表电源是否正常，在仪表电源无问题的情况下，再用正常仪表上的有关电路板或芯片替代故障仪表上对应的电路板或芯片，当换上某电路板或芯片后，仪表故障消失了，说明仪表上原线路板或芯片有问题，应做进一步检查和确认。

1.3测量信号法。若维修人员手中没有精密仪器，只有万用表时，可借助万用表测试仪表电源及各有关部件的电压是否适当，测试各有关器件是否完好，测试各接插件、接线端子和有关线路的通断是否正常等。当测得某部分异常时，被测部分就可能是发生该故障的原因，应做重点检查，直至查出故障发生的确切部位和原因。

在用万用表判断TTL和COM集成电路时，应满足以下要求：CMO S电路用电源供电，其电路的工作电平很宽，在特定电源电压下，输入输出电平如表1：

TTL电路以74LSXX系列为例，其输入/输出电平关系如表2所示：

对于手中有示波器和带测量点原理图的维修人员，可结合有关资料，利用示波器测试各测量点的电压、波形和脉冲时间，并进行认真分析，以此确定出故障发生的大概部位和原因。例如，井站RTU出现输出数据无法显示的故障，用示波器测量井站RTU上数据线、地址线或选片线上的时钟脉冲波形，如果测不出，则可能是晶振或CPU损坏；也可能是有关辅助电路中某元器件损坏造成故障。

1.4工作原理分析法。工作原理分析法适用于配备有工作原理图的仪器仪表。该法最适用于排除较复杂的仪表故障，是仪器仪表维修人员常用的方法之一。前提是仪表维修人员必须熟悉仪表的工作原理和结构，了解各部分的作用和性能。当仪表发生故障时，通过分析仪表的工作原理和结构，并借助测试线路板上各有关测试点的电压、波形和脉冲信号，即可将故障点落实到其中某一单元，再将有故障的单元分成若干小部分，利用这一单元的工作原理，再进一步分析，即可将故障点缩小到这一单元中的更小部分上，使故障范围迅速缩小这种故障判断法既迅速又准确，若发生判断失误，再重复上述查找方法，就可立即纠正，直至查出故障发生的确切部位和原因。

1.5自测试判断法。油田现在使用的雷达液位计、综合测试仪、变频调速器等智能仪器仪表均以单片机为基础，其自身都有自测试功能，即仪器自我诊断故障功能。一般情况下，是在仪器加电瞬间进行的。当仪器发生故障时。发出报警声或给出错误代码，如变频调速器上FLULE公司生产的8806A型数字电压表，当发生故障时，显示“77”错误代码，即IEEE-488接口自测试错误；显示“52”错误代码，即此时命令无效；显示“l4”错误代码，即200KΩ电阻测量档过量程。根据错误代码，参照原理方框图和说明书中有关情况的说明，即可粗略判断出故障的大概部位和产生的原因。需要注意的是不同的仪器仪表其错误的代码的形式和含义是不尽相同的，此方法在仪器仪表电源电压及CPU运行正常的情况下检测A/D、D/A等故障部位。

2.检查仪表故障应注意的问题

2.1当怀疑或测得某集成电路插座接触不良时，千万不能用镊子挤压，否则将使插座中弹簧片永久变形，使集成电路和插座间造成更多处的接触不良。一般处理方法是：先用无水乙醇棉纱球擦拭，待凉干后，再将集成电路的管脚一起向内压少许，然后再插入其插座中。

2.2当查得某集成电路的某管脚电压波形或脉冲信号不对时，要分析连接的元器件是否工作正常。

2.3由于某些仪表没有原理图和故障检查资料，因此，检查故障时，难免要拆卸某一部分或替换某电路板、芯片，拆卸或更换某一部分时，要做好标记，不论仪表的故障能否查出，都应保证被拆卸的仪表部件物归原位。

2.4焊接仪表上的集成电路管脚时，不能选用大瓦数电烙铁（一般应小于45W），另外，烙铁外壳应尽量接地，焊接时间应尽量短；必要时，还可以把烙铁的电源插头拔下来进行焊接，否则，由于过热或静电感应等现象，有可能使新换集成电路在焊接时又被损坏。

2.5在仪器仪表检修过程中，难免要拆卸或更换可疑的元器件，拆卸更换前，维修人员必须要做到心中有数，吃透被拆卸或更换元器件的原理、结构和用途，否则，很可能将小故障酿成大故障，这是仪表维修人员一定要注意的问题。

3.结束语

石油企业仪器仪表的维护和故障诊断是一项细致复杂的工作，影响因素多，涉及面广，技术升级快。除应做好故障判断外，还要加大新技术知识的学习，才能有效保证油田在用仪器仪表检测的质量，促进油田生产技术水平的提高，为数字化油田建设奠定基础。

参考文献

[1]乐嘉谦，刘哲，陈逢阳.仪表工手册[M].北京：化学工业出版社，2003.

故障诊断仪范文第3篇

关键词：故障诊断；电流信号分析；频谱分析；快速傅里叶变换

中图分类号：TM307 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）34-0279-02

1 概述

电机故障诊断技术有很强的工程背景，具有重要的实用价值。该技术是近期兴起的一门包括很多新技术内容的综合技术。它的基本原理是通过对电机设备运行中所产生的各种信号 [1]。电机电流信号分析（Motor Current Signature Analysis，MCSA）是分析电机故障的一种常用方法，可以快速准确地分析得出电机故障类型，对电机故障诊断维修有重要意义。基于此，本文设计了一N便携式的电机故障诊断仪，本电机故障诊断仪通过使用快速傅立叶变换（FFT）算法 [2-3]，可以快速地对采集得到的电机电流信号进行分析，并得出电机是否存在故障以及可能存在的故障类型。

2 电机故障的诊断原理

MCSA作为检测电机设备是否故障的一种有效的、低干扰的方法，常用于监测电机及其从动装置中运行的异常情况，该方法所依据的原理是：电机在提供动力的同时，随着所带负载的变化也必然会引起自身电流的变化，并沿着电机的电源线路传输。这种电流的变化虽然比电机平均电流的变化会小很多，但也能被可靠准确地采集到，经处理后作出状态信号来显示。过程是：首先对测得的故障电机电流信号进行FFT分析，以获得电流信号的频谱，然后与一些特殊电机故障的频谱进行比较，在频域上对其进行分析，最终得出故障类型。

3 故障诊断仪的设计

3.1 系统结构

基于STM32的电机故障诊断仪是以ARM为核心，以数据采集、数据传输、故障诊断为一体的电机故障诊断仪。采集仪采用ST公司的ARM芯片STM32F407作为控制器，整个仪器主要包括中央处理单元、三个电流传感器、信号调理电路、A/D转换电路以及电源电路。仪器诊断过程如下：将采集到的电流信号经过调理电路处理后，再经由A/D转换后转换为数字量，将得到的数字量在ARM芯片中利用FFT对信号进行处理，提取电机电流信号频谱，通过与电机故障的频谱进行对比来判断电机是否存在故障及类型，并将最终结果输出到液晶显示。整体硬件结构框图如图1所示：

3.2 主控芯片

本文设计的故障诊断仪选用STM32F407微处理器来作为CPU，其内核工作频率可以达到168MHz，并且可用ARM指令来控制，该微处理器内部有集成容量达2MB的FLASH存储器和256KB的高速SRAM存储器。具有丰富的片上设备，这些设备包括10/100Mb/s以太网MAC控制器、外部存储控制器等，完全可以满足本文电机故障诊断仪的设计要求。

3.3电源电路设计

本文设计的便携式电机故障诊断仪采用9V的电池供电，而诊断仪内部需要多种不同等级的电压，所以需要电源变换电路，将9V的电池电压变换为5V电压给模拟电路供电。为了提高电池的利用效率，本文选用了DC/DC开关电源芯片AOZ1031AI实现电压的变换，AOZ1031AI是一个高效的同步整流降压稳压器，输入电压为4.5-18V，可以提供3A的输出电流。转换效率高达95%，采用固定的600KHz的PWM频率，和逐周电流控制。电源电路如图2所示。

3.4电流采样及信号调理电路的设计

3.4.1 电流互感器

诊断仪需要采集电机的电流，本文采用钳形电流互感器实现电流的变换。本设计中的电流互感器采用SCTK691A-050型钳形互感器，该系列互感器做成夹钳式，可在不停电、不断线的状态下快速检测电流大小，采集电参量、操作简便。

3.4.2信号调理电路实现

三相电流中的一相经过霍尔电流传感器后输出0-1A电流，然后转换为电压信号，通过射极跟随和单端转差分电路后送往A/D端口。通过合理的选择电阻R1，可以使得输入电压在0-5V之间变化。射极跟随器采用AD8628运放，AD8628是一款零漂移、单电源的运算放大器，具有轨到轨输入和输出特性。

3.5 A/D转换器

本文选用了TI公司的一款超低功耗、具有高性能24位差分输入的A/D转换芯片ADS1274，而且能 4通道复用。输入电压为±2.5V。ADS1274模拟输入端有四对差分信号输入通道，本文中使用了AINP1和 AINN1作为差分信号的一对输入端，同样还有AINP2和 AINN2、AINP3和 AINN3、组成诊断仪所需的三对差分信号输入通道。

4 软件设计

系统软件部分程序设计采用C 语言编程，全部程序由主程序和一些功能模块子程序组成。功能模块主要由初始化模块、中断模块、频率特性比较模块、故障处理模块、接口模块等组成。初诊断仪上电后，首先进行初始化，初始化完成后连续采集几个周期的三相电流信号并存储，STM32运行FFT程序对三相电流信号进行频谱分析，得到电流信号的特征频谱，然后与已知的故障特征依次对比得到并输出故障类型，最后送显示，完成一次故障诊断循环。以ARM 为系统控制的核心，通过比较软件最后得出电机的故障类型，本故障诊断仪可以较为准确的得出电机的故障类型，而且使用方便，工作流程较为简便。

5 结束语

本文根据目前工业生产中的电机应用的现状，设计出一种便携式电机故障诊断与监测仪器，该仪器由于体积小，重量轻的特点，因此便于携带而且使用方便。能对普通的大、中型电机的状态进行故障诊断与监测，从而能及时了解电机的运行状况，并对电机的运行趋势进行简单的预测，对其故障进行诊断，具有广泛的应用前景和用途。

参考文献

[1] 高景德，王祥衍，李发海.交流电机及其系统分析[M].北京：清华大学出版社，1993.

故障诊断仪范文第4篇

汽车减震弹簧故障诊断仪的基本原理是基于非线性频谱分析技术的。这种技术的基本思想是：根据采样得到的减震弹簧的输入和输出数据，利用有效的非线性系统辨识方法得到弹簧的振动方程，再利用多维傅里叶变换得到减震弹簧的非线性传递函数的频域表示形式—广义频率响应函数GFRF?Generalized Frequency Response Functions?。GFRF是描述系统非线性传递特性的一种非参数模型?它能够唯一地刻画系统传递特性的频域特征?因而系统故障前后传递特性的非线性变化就能够通过GFRF被准确地反映。弹簧处于正常工作状态时，仅具有一阶GFRF；弹簧在疲劳失效后?最明显的变化是三阶GFRF大量出现?1?。分析弹簧系统的GFRF?就可判断出弹簧的工作状态。目前国内对汽车减震弹簧的故障诊断还缺乏有效的手段，而且基于这一原理的实际应用在国内外尚处于起步阶段，因此该仪器具有很好的应用前景。

1 系统总体方案

非线性系统辨识算法庞大、复杂，对系统的计算能力要求很高。DSP是专门用于数字信号处理的芯片，计算能力强大、运算速度快，能够满足系统的要求。DSP 的计算能力虽然很强，但其事件管理能力较弱，而且直接支持的I／O口很少。为了方便地实现人机交互，采用DSP与单片机协同工作的方式：以单片机为主机，通过通讯接口对DSP实现控制；同时利用单片机较强的设备管理能力实现人机接口、显示等功能。主要工作流程是：弹簧的输入输出信号经过滤波电路进行调理后，由A／D转换器转换为数字信号，再进入DSP进行运算，得到的诊断结果通过通讯接口电路送入单片机，单片机将结果显示在液晶显示器上，并经过串口送入到PC机。单片机通过通讯接口控制DSP的工作状态。系统原理框图如图1所示。

2 硬件电路设计

2．1 信号调理电路

采用集成开关电容滤波器MAX280组成抗混叠滤波电路。MAX280是一个五阶低通滤波器，截止频率可调。当它的时钟管脚接内部时钟时，最大截止频率为1．4kHz；而汽车减震弹簧稳定工作时，信号的频率不超过500Hz，故设定滤波器的截止频率为700Hz。

2．2 DSP电路

DSP电路完成数据采集及数字滤波，利用内置的算法完成故障诊断等任务。

本系统中的DSP采用美国德州仪器公司(TI)生产的TMS320VC5409，它是TMS320C54xx系列的一个高速、高性价比、低功耗的16位定点通用DSP芯片。其主要特点包括：改进的哈佛结构（1条程序存储器总线、3条数据存储器总线和4条地址总线），带有专用硬件逻辑CPU，片内存储器，6级流水线结构，片内外设专用的指令集。TMS320VC5409含16K字的片内ROM和32K字的片内DARAM，程序空间的寻址范围达到8M?数据和I／O空间寻址范围分别为64K。单周期指令执行时间为10ns，双电源（1．8V和3．3V）供电，带有符合IEEE1149．1标准的JTAG边界扫描仿真逻辑。

DSP电路采用16位并行自引导模式，对于TMS320VC5409，用户程序存储在外部数据空间（8000H～FFFFH）中，因此外扩了一片FLASH ROM作为数据存储空间。FLASH ROM采用INTEL公司的TE28F400B3T90（256K×16），它共分为15块（8块4K字，7块32K字），可单独擦写其中的一块。编程电压只需3．3V，最快的读取速度达到90ns。系统外扩了一片SRAM作为外部程序空间。SRAM采用CYPRESS公司的CY7C1041BV33（256K×16），存取速度达到10ns。

    2．3 A／D转换电路

信号的采集和转换是由AD7874完成的。AD7874是AD公司生产的12位A／D转换器。系统要求输入输出信号相位要同步，AD7874内置采样保持器，能够实现四路信号的同步采样。同步采样能使系统的输入输出信号相位匹配的误差降到最小。A／D转换的启动由上升沿触发，四路信号转换完成后，产生中断信号。每一路的采样频率可达29kHz。由于A／D转换后输出的是TTL电平，而DSP工作在3．3V的信号环境，因此在A／D的输出与DSP的输入之间需要加入电平转换电路。在本系统中采用SN74LVC245实现电平转换。DSP系统的供电由TI公司的电压转换模块TPS767D318PWP完成，能够输出3．3V和1．8V两路电压。

2．4 单片机电路

单片机电路实现键盘输入响应和液晶显示以及与PC机交互功能。

本系统中所用的单片机为ATMEL公司的AT89C51。键盘管理通过键盘控制器8279完成。液晶模块选用信利公司的VPG12864T（128×64点阵），它内置T6963C控制器，能够工作在文本或图形模式下。液晶显示界面程序比较大，所以外扩了一片AT28C256作为外部程序存储器。PC机的RS－232串口的电平和单片机串口的TTL电平不兼容，使用MAX232完成两种电平之间的转换。

2．5 通信电路

通信电路实现单片机与DSP的通信。由于单片机与DSP间的数据通信量不大，因此采用了一片8位双向锁存器实现数据交换。双向锁存器采用TI的SN74LVC543。当DSP向AT89C51发送数据时，首先将数据锁存在SN74LVC543中，然后向AT89C51发中断，AT89C51响应中断，从锁存器中取走数据。反之亦然。

3 软件设计

软件的设计主要包括DSP编程和单片机编程。DSP程序的主要任务是初始化、管理DSP电路和完成故障诊断的算法。单片机程序包括键盘控制程序、液晶驱动显示程序、与DSP及PC机通信的程序。

3．1 DSP主程序

DSP主程序流程图见图2。

3．2 DSP程序的下载和引导

在本系统中，FLASH ROM是TSOP封装，焊接在电路板上，无法通过烧录器烧写，只能自己编写擦写程序。按照16位并行引导模式自举表（见表1）的格式写好程序代码，编译链接后通过JTAG口下载到DSP中；编写TE28F400B3的擦写程序，将程序下载到DSP中不同的位置。运行擦写程序，程序代码就被写入到FLASH中。要注意的是，由于FLASH的写速度与DSP相比很慢，因此在每次写完一个字后，要延时足够的时间，否则就不能正常地写入下一个字。写完后，需要将FLASH ROM重新设置为读模式，这样才能在开发环境CCS中看到正确的结果。TE28F400B3的最大读取速度为90ns，而TMS320VC5409最大只能设置7个等待状态，因此设置DSP的CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3管脚，使DSP在上电复位时的系统时钟为50MHz。这样就能保证可靠地读取FLASH的数据。在完成引导过程后，必须首先将CLKMD寄存器清零，然后重新设置CLKMD寄存器，使系统时钟为100MHz。TE28F400B3的主要操作命令如表2所示。

表1 16位并行引导模式的代码结构

10AASWWSR寄存器的初始值BSCR寄存器的初始值程序入口地址XPC值程序入口地址PC值程序代码的长度程序起始地址XPC值程序起始地址PC值程序代码...0000（表示自举有结束）

表2 TE28F400B3的主要操作命令

命  令第一总线周期第二总线周期操作地址数据操作地址数据读写XXXFFH

读状态寄存器写XXX70H读XXX寄存器数据擦除写XXX20H写块地址DOH写写XXX40H写程序地址程序数据4 实验系统

减震弹簧振动实验系统如图3所示。平台使用真实的桑塔纳2000的悬挂系统和减震弹簧。电机的转动由变频器控制，通过传动轴带动车轮转动。车轮的下端与一个装在固定支架上的可旋转的表面带有凸出挡条的铁棍相接触。车轮转动到与挡条碰撞，悬挂系统使减震弹簧发生相应的振动。

故障诊断仪范文第5篇

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．