液壓立柱與千斤頂試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

液壓立柱與千斤頂試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

一、課題綜述及研究意義我國煤炭是主要能源，同時在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的戰(zhàn)略地位。在未來新能源（如太陽能、風(fēng)能、核能等）大規(guī)模利用之前，煤炭是支持我國能源供應(yīng)不可或缺的重要保證，例如發(fā)電、蒸汽機(jī)車、建材、一般工業(yè)鍋爐、生活以及冶金用動力煤等等都離不開煤炭。據(jù)國際能源署預(yù)測，從XX到2020年，一次商品能源需求年增長2.97%，2020年我國的煤炭需求量將超過25億噸，煤炭行業(yè)將有一個很大的發(fā)展。28023

眾所周知，煤炭開采離不開液壓缸的應(yīng)用，其中掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)的可伸縮部分的動作都是依靠液壓缸動作來完成，特別的，幾乎液壓支架所有的動作都是通過液壓缸（立柱與千斤頂）的來回往復(fù)來實(shí)現(xiàn)。

我國煤礦開采主要采用的是綜采技術(shù)，液壓支架是使綜采工作面能夠?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)高效和保證安全的關(guān)鍵設(shè)備,而其關(guān)鍵部位又是立柱與千斤頂,不但有效的承受礦井中工作面的頂板，保護(hù)人員和設(shè)備的安全,而且還是液壓支架升降運(yùn)動的執(zhí)行元件。因此,其立柱與千斤頂性能能否滿足設(shè)計(jì)要求是液壓支架可靠性的關(guān)鍵。如果在工作過程中立柱與千斤頂遭到損壞，那么液壓支架的功能將失效，并將危及采煤工作面人員及設(shè)備的安全。例如一個幾百米長的綜采工作面，其中在工作的立柱與千斤頂就有上千個，如果是放頂煤工作面，立柱千斤頂?shù)臄?shù)量則更多。作為液壓支架的執(zhí)行元件立柱千斤頂，數(shù)量龐大并且來回往復(fù)運(yùn)動，極易出現(xiàn)問題，維護(hù)和更換密封所需要的總時間長，直接影響了開機(jī)率和工作面的推進(jìn)速度。根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，新生產(chǎn)的或修后的立柱和千斤頂在安裝到液壓支架上之前，必須進(jìn)行出廠試驗(yàn)，各項(xiàng)功能和性能指標(biāo)達(dá)到相關(guān)要求后方可安裝在液壓支架中下井使用。

本課題的宗旨在利用計(jì)算機(jī)測控技術(shù)建設(shè)一套完整的液壓支架立柱與千斤頂試驗(yàn)臺。此測控系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的按煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對立柱與千斤頂進(jìn)行出場試驗(yàn)，滿足要求檢測的所有項(xiàng)目。該測控系統(tǒng)試驗(yàn)臺的特點(diǎn)：試驗(yàn)過程全部由計(jì)算機(jī)自動控制完成；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由高精度的傳感器測量，檢測精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；試驗(yàn)結(jié)束后可以按要求打印報(bào)表；能夠存儲數(shù)據(jù)，方便歷史查詢和數(shù)據(jù)管理。該測控系統(tǒng)不僅可以大大提高液壓支架立柱與千斤頂出廠時的安全性能，而且減少了手動操作帶來的很多誤差，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性及試驗(yàn)員的安全。

本試驗(yàn)臺的目的是為了完成立柱與千斤頂各項(xiàng)指標(biāo)、參數(shù)的測試。系統(tǒng)測試是針對所生產(chǎn)的整個產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行的測試，目的是檢測產(chǎn)品系統(tǒng)是否滿足設(shè)計(jì)要求，找出不達(dá)標(biāo)之處，提出更加完善的方案。完整的測試過程包括以下四個部分：實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行、信號的采集與控制、信號的分析與處理以及結(jié)果的表達(dá)與輸出。在惡劣環(huán)境中，由人工使用測量工具、測量儀器采集與處理測試現(xiàn)場數(shù)據(jù)，雖然測試過程具有靈動性和適應(yīng)性，但測試質(zhì)量和效率較低。論文網(wǎng)

最早的測控技術(shù)僅由可編程控制器構(gòu)成，存在著很多技術(shù)上缺點(diǎn)，如無法管理打印數(shù)據(jù)，不能提供良好的用戶界面，且大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)會流失。計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的出現(xiàn)改變了上述現(xiàn)狀，很快的被應(yīng)用到工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測控系統(tǒng)經(jīng)歷了五個基于不同軟件的發(fā)展階段：工控機(jī)測控系統(tǒng)、PLC控制、集散測控系統(tǒng)（DCS）、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的測控系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)。例如：ZMT-505液壓支架立柱、千斤頂試驗(yàn)臺，雖然采用耐震壓力表顯示，穩(wěn)定可靠，但試驗(yàn)過程由試驗(yàn)員手動操作，實(shí)現(xiàn)不了完全自動控制；XX年，王美娜、肖興明等人發(fā)表的《液壓支架立柱試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)》一文中測控系統(tǒng)采用了PLC軟件編程與控制，使學(xué)生學(xué)好PLC編程的同時開創(chuàng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力；再后來的將測控軟件改為計(jì)算機(jī)測控技術(shù)，如ZST-2W型液壓支架立柱與千斤頂試驗(yàn)臺。:

計(jì)算機(jī)測控技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)（包括硬件技術(shù)、軟件技術(shù)、通信技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）、自動控制技術(shù)、自動檢測和傳感器技術(shù)應(yīng)用到該測控系統(tǒng)試驗(yàn)臺上。計(jì)算機(jī)測控技術(shù)包括計(jì)算機(jī)測量和計(jì)算機(jī)控制兩個方面，可簡單的分為硬件和軟件兩個部分，系統(tǒng)中包括：被測控對象、輸入環(huán)節(jié)、輸出環(huán)節(jié)、計(jì)算機(jī)（含有可視化人機(jī)界面）、計(jì)算機(jī)外設(shè)等幾個部分。輸入環(huán)節(jié)：測量變換裝置、A/D、DI（數(shù)字量輸入）；輸出環(huán)節(jié)：D/A、DO（數(shù)字量輸出）、功率放大器及執(zhí)行裝作。

出于本次設(shè)計(jì)要滿足標(biāo)準(zhǔn)性能以及測控系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢的考慮，該試驗(yàn)臺采用計(jì)算機(jī)測控技術(shù)，系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、模擬量采集板、數(shù)字量擴(kuò)展板、信號調(diào)理和接線端子板及繼電器端子板組成。其工作過程如圖1所示：位移、壓力傳感器輸出的4-20mA的電流信號通過信號調(diào)理與接線端子板轉(zhuǎn)換成2-10V的電壓信號，再經(jīng)低通濾波處理送入計(jì)算機(jī)A/D轉(zhuǎn)換板。行程開關(guān)與限位開關(guān)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換出發(fā)DI中斷；計(jì)算機(jī)輸出的DO信號經(jīng)中間繼電器驅(qū)動電磁閥及超高壓電磁閥換向。

該試驗(yàn)臺的計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)采用VB6.0軟件編程與控制，VB是一種可視化、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動方式的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計(jì)語言，與其他語言（VC、C語言、C++等）相比，簡單易學(xué)且效率高，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，動態(tài)鏈接庫（DLL）、對象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可高效、快速地生成計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)人機(jī)界面，采用多線程方式采集壓力和位移信號，利用中斷讀取行程開關(guān)信號。

此次對液壓支架立柱與千斤頂試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不再像大二大三期間單單針對某一課程而來的課程設(shè)計(jì)，例如大三上學(xué)期減速器的設(shè)計(jì)、大三下學(xué)期夾具設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)是針對大學(xué)生整個大學(xué)期間所學(xué)專業(yè)課程的綜合性應(yīng)用，并結(jié)合計(jì)算機(jī)VB軟件編程與控制來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面，同時也是整個大學(xué)期間進(jìn)行的最后一次設(shè)計(jì)。它對于我們每個人具有現(xiàn)實(shí)性意義，開發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為進(jìn)入研究生及工作崗位提供奠定基礎(chǔ)。

二、課題擬采取的研究方法和技術(shù)路線

研究方法：研究方法是指在研究中發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新事物，或提出新理論、新觀點(diǎn)，揭示事物內(nèi)在規(guī)律的工具和手段。研究方法是人們在從事科學(xué)研究過程中不斷總結(jié)、提煉出來的。這是運(yùn)用智慧進(jìn)行科學(xué)思維的技巧，一般包括文獻(xiàn)調(diào)查法、觀察法、思辨法、行為研究法、歷史研究法、概念分析法、比較研究法等。針對于液壓立柱與千斤頂試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我采用了以下研究方法：

（1）文獻(xiàn)研究法

根據(jù)液立柱與千斤頂試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課題，通過調(diào)查文獻(xiàn)來獲得資料，從而全面地、正確地了解掌握所要研究的問題。通過充分利用中國知網(wǎng)的中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫和一些外文數(shù)據(jù)資源中心，下載到了幾十篇國內(nèi)外關(guān)于液壓系統(tǒng)立柱與千斤頂試驗(yàn)臺及計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)研究的文獻(xiàn)和書籍資料。通過閱讀文獻(xiàn)，了解到了立柱千斤頂、計(jì)算機(jī)測控技術(shù)問題的歷史和現(xiàn)狀，明確了自己的研究方向，并將得到的相關(guān)資料進(jìn)行對比，對自己所研究的課題有了一個全貌的認(rèn)識。

(2)比較研究法

比較研究方法，是我應(yīng)用最多最重要的研究方法?？梢詫蓚€或兩個以上的事物或?qū)ο蠹右詫Ρ龋哉页鏊鼈冎g的相似性與差異性的一種分析方法。針對液壓立柱與千斤頂試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我從下載到的文獻(xiàn)中重點(diǎn)選取了十篇相關(guān)設(shè)計(jì)的論文，將其比較分析，發(fā)現(xiàn)它們之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，比較它們之間的利弊，從而吸收其中較為精彩的內(nèi)容，防止出現(xiàn)低級的失誤，為自己的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了最好的方向。

[15]孫傳友,孫曉斌.測控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)（第2版）[M],北京:航空航天大學(xué)出版社,XX.

[16]浦昭邦,王寶光.測控儀器設(shè)計(jì)[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社,XX.

[17]章宏甲,黃誼.液壓傳動[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[18]曹樂,樊尚春,邢維巍.MEMS壓力傳感器原理及其應(yīng)用[J].計(jì)測技術(shù),XX,(32):108-110.

[19]趙婭.機(jī)械工程中計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析研究[J].制造業(yè)自動化,XX,(5):93-95.

[20]KinnellPK,CraddockR.Advancesinsiliconresonantpres-sureTransducers［J］．ProcediaChemistry，XX，(1):104－107.

[21]YoleDevelopmentSA.OpsenslaunchesnewminiaturepressuresensorforLifesciencesandmedicaldevices[J].Micronews，XX，(78):19.

[22]SantoshM,BeheraKC，BoseSC.Designofanonchipread–outcircuitforpiezo-resistiveMEMSpressuresensor[J].Devices，CircuitsandSystems(ICDCS),XX:94-98.

[23]WislandDT,OystedK.AfullyintegratedCMOS-MEMSpres-suresensorwithon-chipΔ-Σanalog-to-digitalconverter[J].BiomedicalCircuitsandSystems,XX,(1):4-6.

[24]DavidW.Clarke,ChristopherJ.Hinton.AdaptiveControlofmaterials-testingmachines[M].Automatica,1997.

[25]ShinsukeOhno,NorioTeshima,TadaoSakai,KateGrudpan,MiroslavPolasek.Sequentialinjectionlab-on-valvesimultaneousspectrophotometricdeterminationoftraceamountsofcopperandiron[M].Talanta,XX.

二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作實(shí)施計(jì)劃

（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的理論分析與軟硬件要求及其應(yīng)達(dá)到的水平與結(jié)果

畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求：

（1）實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺電機(jī)啟?？刂?、各電磁閥的手動控