基于虛擬儀器的鋼絲繩故障監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：目前鋼絲繩的故障監(jiān)測手段存在效率低、可靠性差、更換浪費(fèi)等現(xiàn)象，基于虛擬儀器技術(shù)的故障監(jiān)測系統(tǒng)，可方便的實(shí)現(xiàn)鋼絲繩數(shù)據(jù)的采集、處理、故障分析等，可實(shí)現(xiàn)鋼絲繩斷絲、截面積損傷等故障信息的綜合判斷。

關(guān)鍵詞：鋼絲繩損傷；虛擬儀器技術(shù)；故障監(jiān)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.099

鋼絲繩作為牽引、運(yùn)輸、提升物件設(shè)備中的核心構(gòu)件，隨著使用壽命的不斷延伸，會(huì)發(fā)生如磨損、腐蝕、斷絲等各種現(xiàn)象。鋼絲繩一旦發(fā)生損傷情況，直接影響設(shè)備和人員的安全，導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此做好鋼絲繩的定期故障檢測對(duì)安全生產(chǎn)尤為重要。

根據(jù)鋼絲繩損傷的特性，鋼絲繩的損傷分為截面積損失和斷絲兩種主要的損傷類型。長期以來，人們對(duì)于鋼絲繩的故障檢測多局限在人工目測和定期更換鋼絲繩的方法來避免事故的發(fā)生，但是兩種檢測方法存在一定的缺陷，其中人工目測的檢測手段可靠性差、效率低，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用定期更換的檢測方法70%更換下來的鋼絲繩損耗程度并沒有達(dá)到必須更換的程度，在一定程度上存在著浪費(fèi)現(xiàn)象。因此，準(zhǔn)確、可靠、實(shí)時(shí)的監(jiān)測鋼絲繩的使用情況在工程實(shí)踐上具有十分重要的意義。

由此可見，針對(duì)鋼絲繩的故障特點(diǎn)和實(shí)際監(jiān)測需要開發(fā)一套專用的集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、故障分析為一體的鋼絲繩故障監(jiān)測系統(tǒng)在工程實(shí)際中是十分必要的。

1 系統(tǒng)整體框架設(shè)計(jì)

鋼絲繩故障監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、故障分析、人機(jī)界面等部分組成，系統(tǒng)整體框架構(gòu)成如圖1所示。

鋼絲繩損傷檢測系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的采集和處理選用小波分析法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。在故障分析中將依據(jù)鋼絲繩損傷的不同特點(diǎn)選取不同的處理方法，如鋼絲繩截面積損傷選用電壓幅值標(biāo)定法，鋼絲繩斷絲損傷選用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算判定。人機(jī)界面的開發(fā)選用Labview軟件。

2 監(jiān)測信號(hào)處理方案

2.1 鋼絲繩截面積損傷信號(hào)處理

截面積損傷信號(hào)的特點(diǎn)是，隨著損傷程度的不斷變化鋼絲繩截面積將隨之發(fā)生變化，因此在信號(hào)處理過程中采用主磁通檢測的原理，利用鋼絲繩截面積與磁感應(yīng)強(qiáng)度的線性變化，即磁感應(yīng)強(qiáng)度越強(qiáng)，鋼絲繩截面積越大，損傷越小的原理對(duì)鋼絲繩截面積損傷信號(hào)進(jìn)行提取和分析。

2.2 鋼絲繩斷絲信號(hào)處理

鋼絲繩斷絲信號(hào)的特點(diǎn)是，頻率成分復(fù)雜，含有許多的尖峰和突變[1]，這就希望在信號(hào)處理的過程中能夠在多個(gè)頻率段上濾除掉更多的干擾成分，最大限度的降低噪音，因此在信號(hào)處理的過程當(dāng)中選用了在時(shí)域和頻域中對(duì)信號(hào)都能夠進(jìn)行有效分解和重構(gòu)功能的小波分析方法對(duì)斷絲信號(hào)進(jìn)行提取。

3 故障信號(hào)分析方案

3.1 鋼絲繩截面積損傷信號(hào)分析

采用電壓幅值標(biāo)定的方法進(jìn)行鋼絲繩截面積損傷信號(hào)的分析，具體步驟為：需要預(yù)先設(shè)定一個(gè)電壓標(biāo)準(zhǔn)值，電壓標(biāo)準(zhǔn)值是假設(shè)鋼絲繩沒有被磨損時(shí)的傳感器輸出電壓值，將與被測鋼絲繩同等型號(hào)的未使用的新鋼絲繩對(duì)應(yīng)的電壓值，作為系統(tǒng)電壓的標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)進(jìn)行鋼絲繩截面積損傷識(shí)別時(shí)，首先對(duì)當(dāng)前鋼絲繩的電壓檢測值和電壓標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，若電壓標(biāo)準(zhǔn)值大于當(dāng)前電壓值，則利用兩者的差值與鋼絲繩截面積的比值，作為鋼絲繩截面積的損傷量，完成對(duì)鋼絲繩截面積損傷的識(shí)別[2]。

3.2 鋼絲繩斷絲信號(hào)分析

鋼絲繩斷絲信號(hào)具有隨機(jī)性，因此對(duì)采集到的斷絲的信號(hào)進(jìn)行處理的時(shí)候就不能夠建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此本系統(tǒng)在進(jìn)行斷絲信號(hào)分析的過程中采用具有較強(qiáng)自學(xué)能力和自適應(yīng)性的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立定量的鋼絲繩斷絲損傷的判斷。

將采集到的鋼絲繩的數(shù)據(jù)信息通過小波分析后提取到的鋼絲繩斷絲信息作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)來判斷斷絲的數(shù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩斷絲數(shù)量的判斷[3]。

4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

鋼絲繩損傷監(jiān)測系統(tǒng)的人機(jī)界面主要集成了用戶輸入、顯示模塊、故障報(bào)警等模塊，實(shí)現(xiàn)鋼絲繩損傷信號(hào)的監(jiān)測。

在人機(jī)界面的軟件設(shè)計(jì)中選用了圖形編輯軟件Labview進(jìn)行編制，Labview采用G語言即無需任何復(fù)雜、繁瑣的程序代碼進(jìn)行編寫，即可輕松的搭建一個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)Labview軟件也具有易于學(xué)習(xí)、軟件功能修改和擴(kuò)展方便的特點(diǎn)[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]李春華，王璐.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鋼絲繩斷絲檢測系統(tǒng)[J].黑龍江科技學(xué)院報(bào)，2007，17（05）：47-50.

[2]李春華，王璐.小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在鋼絲繩斷絲處理中應(yīng)用[J]. 自動(dòng)化儀表，2009，30（12）：61-64.

[3]王璐. 基于智能控制的鋼絲繩探傷及檢測系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱：黑龍江科技學(xué)院碩士學(xué)位論文，2008

[4]馮強(qiáng)，李敬東，石晶.基于Labview的SMES檢測系統(tǒng)[J].電子測量技術(shù)，2013，36（12）：71-75.endprint