CN101776534A - 煤矿钻机性能综合测试系统 - Google Patents

Abstract

一种煤矿钻机性能综合测试系统，包括一套计算机、专项检测仪器和通信线路，计算机安装有专用的煤矿钻机性能综合测试软件，并安装2.0及其以上版本的NET Framework；该系统可以同时采集所需钻机性能相关的数据，在屏幕上显示采集数据的变化情况，可以按照要求采集不同钻机工况下的数据，可以生成性能测试曲线以及测试报表，技术人员可以将采集到的数据记录到数据库或者生成检测报表打印出来，提高了钻机性能测试的准确度和工作效率，并且为钻机性能分析提供良好的数据支撑。

Description

煤矿钻机性能综合测试系统

技术领域

本发明属于钻机生产与测试领域，特别涉及一种煤矿钻机性能综合测试系统。

背景技术

煤矿钻机是煤炭安全生产的必需设备，品种多、产量大、用户广。国内企事业单位在煤矿钻机的研发、生产和使用中需要对钻机的给进力、锚固力、水压力、钻机推进行程、钻机推进速度、扭矩、转速等27个性能参数进行检测，现阶段国内在煤矿钻机性能综合测试方面的计算机自动化应用还非常有限，还没有成套的煤矿钻机性能综合测试系统，现有检测方法需要使用22个、13类检测仪器进行分散测试，检测结果基本为手工记录，少数记录在各自检测设备的专用软件中。在进行检测时，需要多名技术工人才能一次性测定钻机在同一工况下的27项性能参数，这样做不但费时费力，而且时间的同步性较差，容易出现差错，更不利于后期的数据处理与分析。

现在国内外市场上还没有出现成套的商业化矿用钻机检测系统产品。国内的钻机生产企业目前都是采取送检的方式确定钻机性能，具体的检测由各地具有资质的矿用设备检测检验中心完成，例如重庆飞尔达机械公司一直都是将生产出的钻机送到国家安全生产重庆矿用设备检测检验中心(法人单位：煤炭科学研究总院重庆分究院)进行检测，这样使得生产周期变长，运输费用增加。而矿用设备检测中心也并没有成套的钻机检测系统，他们采用的仍然是以人工为主的检测方式，也就是前面提到的：多名技术人员进行协同工作以达到记录钻机在同一工况条件下的性能参数的目的。这样做很明显效率较低，并且容易出现差错。

在性能综合测试设备中，也有部分传感器配套提供了数据采集软件，但这些软件很明显只是提供一些通用功能，而不是为钻机检测而专门设计。而且由于不同的软件采取了不同的采集方式，导致了上位机配置的混乱。例如Anthone智能仪表配套有DCS集散控制系统，该系统采用串行通信方式；而JW2A则采用专用的CB2000卡式扭矩仪(ISA接口)；另一款传感器爱华AWA5633则使用PCI接口的采集卡。我们目前想要找到一台拥有这么多接口的计算机都是一件不容易的事情，更不用说使用这些已有的软件来进行检测了。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一套煤矿钻机性能综合测试系统，提高钻机性能测试的准确度和工作效率，并且为钻机性能分析提供良好的数据支撑。

本发明所涉及的煤矿钻机性能综合测试系统，包括一套计算机、专项检测仪器和通信线路，计算机安装有专用的煤矿钻机性能综合测试软件，并安装2.0及其以上版本的.NET Framework；专项检测仪器包括HC系列测控仪、HSDZC电能测试仪、JW2A扭矩仪及检测环境温度、马达温度、泵温度、油温、冷却水流量、马达进油流量、马达回油流量、马达油压、小泵油压、推进油压、泵站噪音、操纵台噪音、马达噪音、水压、环境湿度、位移、位移速度等参数的各种传感器；传感器产生的模拟信号由LU-902MR进行转换；计算机通过多串口卡与多个数据采集设备相连接，多串口卡通过跳线与配线架连接，配线架通过线缆连接到检测室的不同位置并设置转接插座，与传感设备相对应的模数转换及串行通信设备通过跳线与转接插座进行连接。

计算机中安装的专用的煤矿钻机性能综合测试软件包括权限管理、钻机检测、系统配置三个功能模块，所述权限管理模块包括部门管理、角色管理、用户管理、操作日志查询；所述钻机检测模块包括实时采集数据、记录当前值、保存数据记录、查询历史数据、生成和打印报、生成数据曲线；所述系统配置模块包括数据库连接设置、数据库备份、通信接口设置、报警点设置、偏移量设置、报表表头设置。

煤矿钻机性能综合测试系统中钻机检测模块中实时采集数据是采用多线程同时工作方式，每个线程对应一个设备，可以对不同的设备单独设置通信容错机制，可以按需求增加新检测设备到系统。

本发明所涉及的煤矿钻机性能综合测试系统，使钻机检测效率得到了大大的提高，只要有1到2名技术人员就可以完成检测，并且记录准确性得到显著提高，这样使得能够快速、准确对钻机性能进行检测，从而工作效率得到了很大的提高。使用本发明之后，减轻了领导和工作人员的工作量，在未使用本系统之前，领导要查阅某台钻机的信息，需要到档案室里去提取资料。这样就比较费时费力。使用本系统之后，领导只要具有权限，就能够随时随地的了解某台钻机的性能综合测试信息。本发明的设计充分考虑到了检测环境对设备数据传输的影响，在收到数据后，程序进行了校验检查，以过滤掉由于传输而出错的数据。本发明易于扩展，在设计时，就考虑到随着采集设备形式的多样化，将每个设备设计为一个组件，并且放到一个动态链接库当中，以后可以根据需要接入其它的检测设备。

附图说明

图1为煤矿钻机性能综合测试系统硬件结构图；

图2为煤矿钻机性能综合测试软件架构图；

图3为煤矿钻机性能综合测试系统主界面；

图4为报表打印界面；

图5为生成的综合测试性能曲线图；

图6为按照时间进行查询的界面；

图7为通信接口的设置界面；

图8为报警点和偏移量的设置界面；

图9为报表表头修改界面；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明如下：

本发明为通过一套计算机、专项检测仪器和通信线路结合的煤矿钻机性能综合检测系统，能够同时检测煤矿钻机在同一工况下的各项性能参数，并按要求记录数据，生成煤矿钻机性能综合测试曲线以及测试报表，并能对历史数据进行后期处理。

图1为煤矿钻机性能综合测试系统硬件结构图，该测试系统的上位机通过多串口卡与多个数据采集设备相连接，上位机采用Windows 2003操作系统，并且要求安装2.0及其以上版本的.NET Framework。由于整个检测室中用到的传感器较多，而且分布在不同的位置，需要使用特别制作的线缆转接配线架以便于管理，上位机的多串口卡通过跳线与配线架连接，配线架通过线缆连接到检测室的不同位置并设置转接插座，与传感设备相对应的模数转换及串行通信设备通过跳线与转接插座进行连接。这里从设计的角度讲，还可以考虑采用RS485总线挂接多个传感器的方式，但是目前的实际使用的传感设备多数使用的仍然是RS232的通信接口，所以需要为每个传感设备单独设置一条线路。

在煤矿钻机性能综合测试系统中我们用到了计算机、打印机、多串口卡、传感器、模数转换及通信设备，以及连接线缆和转接插座等硬件设备。在这个系统中我们同时使用用了压力、温度、位移、噪声、流量、扭矩、转速等类型传感器，分别测试给进力、锚固力、马达油压、小泵油压、推进油压、水压力、钻机推进行程、钻机推进速度等27项参数。

为了同时与数十个设备通信，我们使用了两块ARM 816易用经济型16串口扩展卡，只要在PCI总线的扩展槽插上ARM 816多串口卡，所有的设置都能通过软件来完成，无开关无跳线，更无需调整I/O地址和IRQ。

与传感设备配套的模数转换及通信设备有HC系列测控仪、HSDZC电能测试仪、JW2A扭矩仪三种类型。而独立的模数转换及通信设备主要是LU-902MR，环境温度、马达温度、泵温度、油温、冷却水流量、马达进油流量、马达回油流量、马达油压、小泵油压、推进油压、泵站噪音、操纵台噪音、马达噪音、水压、环境湿度、位移、位移速度等传感器没有配备数字接口，这些传感器产生的模拟信号都是由LU-902MR进行转换。我们还用LU-902MR代替了部分设备自带的PCI采集卡，代替了部分老化的串行通信模块，从而简化了系统结构、提高了系统的可靠性。

图2为煤矿钻机性能综合测试软件架构图；该煤矿钻机性能综合测试系统可以分为权限管理、钻机检测、系统配置三个模块。

权限管理模块主要是系统管理员，对用户的权限进行管理，通过此模块可以增加、删除、修改部门，可以增加、删除、修改用户；可以修改角色的权限，根据不同的用户类型设置不同的权限。并不是每个用户都能使用这个模块的全部功能，普通操作员只拥有读取数据、记录数据的权限，当用户登录后，会根据用户的权限来判断是否能够使用此模块的其它功能，若用户具有该权限的话，就能对选项菜单进行操作，否则菜单项为灰色。

钻机检测模块是用户使用最多的一个模块，技术人员在进行设备检测的时候主要就是使用这个模块中的读取数据、记录数据、保存记录值到数据库、打印数据报表等功能。

在进行通常的检测时，用户首先开启需要检测的钻机设备，然后用户可以开始读取数据，让数据显示到桌面上；技术人员调整钻机到监测标准规定的状态后开始记录数据，记录的数据是钻机在某一状态下的即时数据；记录好一条之后，技术员再调整钻机使其进入另一状态，接着记录另一条数据。每次测试通常需要记录20个左右的状态数据。

如果记录的时候遇到钻机状态改变，那么用户可以删除相应数据项。在全部记录完成后，检测员可以把数据保存到数据库，也可以生成报表、生成数据曲线，并且把数据报表打印出来。技术主管还可以查询和打印历史数据。煤矿钻机性能综合测试系统主界面如图3所示。

数据报表是煤矿钻机性能综合测试系统中的重要部分，自动生成数据报表使得钻机性能综合测试的效率得到提高。根据客户的要求，报表除了能够打印以外还可以导出到Word、Excel等形式，方便检测数据的传递。报表的打印界面如图4所示。

煤矿钻机性能综合测试系统能够自动生成与马达压力、输入功率、推进油压相关的数据曲线。由于数据点较少，生成数据曲线是该项目开发中较为困难的工作之一，如果进行点和点的直接连接或者使用2次方程进行曲线拟合都不能达到所需的效果。经过不断实践和改进，我们最后使用3次方程对数据曲线进行拟合，达到了较好的效果。最终生成的曲线如图5所示。

煤矿钻机性能综合测试数据存储到数据后可以随时提供给技术主管查询，为了方便用户，我们使用了树形菜单，并且提供了多种查询方式。用户可以按照检测时间进行查询，也可以按照检测的设备类型或者检测人员进行查询。图6给出了按照时间进行查询的界面。

钻机性能测试系统中的检测设备使用RS232接口与计算机进行通信，如果计算机使用的接口出现故障将影响正常的测试工作，让用户自己可以设置设备对应的接口对减轻维护工作起着很大的作用。此外，让用户可以自己设置接口也增强了系统的通用性。因为接口的设置与性能综合测试数据无关，我们所以没有将其存入数据库，而是使用了一个XML文件作为接口的配置文件。

通信接口的设置界面如图7所示。每个接口只能对应一个设备，如果用户选择了重复的接口，在点击保存配置的时候，系统将会给出警示信息。

报警点和偏移量的设置如图8所示。检测设备的报警点包括上限和下限，设置报警点是为了有效地提醒检测人员现在设备所处的工作状况，避免危险的发生。当传感器测试得到的数据低于下限或者高于上限时，系统会在屏幕上以醒目的闪烁提示，并且会附带有声音报警(因为在实际环境中噪音较大，所以声音报警的作用不大)。偏移量的设置在性能综合测试中相当重要，因为检测设备在长期使用过程中，检测值与实际值会产生一定的差异，有些较为精密的仪器在不同的环境中使用时也会存在测量差异。报警点和偏移量通常由技术主管设置，普通的检测员没有权限随意修改。

报表表头修改如图9所示。钻机性能综合测试报表的数据部分基本格式是固定的，但是表头部分的多数内容，例如钻机型号、生产批号、生产日期、执行标准等都会发生变化，因此报表的表头数据可以存入配置文件，并且技术主管可以修改。在钻机性能综合测试系统中，数据库连接也是可以配置的，这是因为目前检测计算机与数据库服务器是使用的同一台计算机，但是数据库服务器很可能会单独分离出来，系统管理员可以直接修改数据库连接设置来满足需求。数据库备份用于将现有数据库内容存储为可转移存放的文件。

为了使系统能够安全的运行，本系统在安全性设计方面做了以下几点：

网络层安全：由于企业管理层也要求能够随时查看检测数据，因此检测的数据还需要在网络上传输，但是仅限于企业内网。对该系统的数据库进行访问需要采用用户名和密码控制，并且在企业防火墙上关闭了数据库服务器与外界的连接。

系统层安全：主要包括两个部分：操作系统安全技术以及数据库安全技术。对于关键的服务器和工作站应该采用服务器版本的操作系统。

应用层安全：根据钻机性能综合测试系统的具体工作，采用身份认证技术、防病毒技术、以及对各种应用服务的安全性增强配置服务来保障网络系统在应用层的安全。

系统的完整性：该系统应该能够为用户提供用户管理、数据备份、数据恢复、日志管理及垃圾数据清楚等功能。

系统的可扩充性和可维护性：考虑到系统对技术或业务需求变化的支持能力，本系统采用面向对象技术。

技术适应性与应用适应性：由于技术条件或系统条件的变化，会给系统带来一定的改变，为了使得这种改变的工作量达到最小，本系统的数据采集程序使用组件的方式完成，实现当需要改变系统的功能(例如新增测试设备或者更换原有测试设备)时，只需进行少量的改变即可投入使用。

在未使用本系统之前，进行钻机性能综合测试时至少需要5到6名技术人员进行协作，并且记录数据容易出现不同步的现象慢。在使用本系统之后，使钻机检测效率得到了大大的提高，只要有1到2名技术人员就可以完成检测，并且记录准确性得到显著提高，从而能够快速、准确对钻机性能进行测试，工作效率得到了很大的提高。

本发明所涉及的钻机性能综合测试详细试用报告见表1。

表1钻机性能综合测试系统试用报告

全液压钻机测试系统试用报告

2007年9月10日开始，重庆工程职业技术学院和重庆飞尔达机械有限责任公司联合开发研制、重庆飞尔达机械有限责任公司生产的全液压钻机测试系统，由重庆飞尔达机械有限责任公司在钻机测试室进行试用，试用结果如下表：

序号	计划(设计)项目	设计要求	实际项目试用结果	结论
					1	输出扭矩测试	直接从计算机上读取，易无快速跳闪，分辨率0.1N.m	直接从计算机上读取，方便易读，无快速跳闪，分辨率0.1N.m	合格
2	输出转速测试	直接从计算机上读取，无快速跳闪，分辨率0.1转/分	直接从计算机上读取，方便易读，无快速跳闪，分辨率0.1转/分	合格
					3	输出功率测试	直接从计算机上读取，无快速跳闪，分辨率0.01Kw	直接从计算机上读取，方使易读，无快速跳闪，分辨率0.01Kw	合格

序号	计划(设计)项目	设计要求	实际项目试用结果	结论
					4	电机输入功率测试	直接从计算机上读取，无快速跳闪，分辨率0.01Kw	直接从计算机上读取，方便易读，无快速跳闪，分辨率0.01Kw	合格
5	电机输出功率测试	直接从计算机上读取，无快速跳闪，分辨率0.01Kw	直接从计算机上读取，方便易读，无快速跳闪，分辨率0.01Kw	合格
					6	推进力测试	直接从计算机上读取，无快速跳闪，分辨率0.01KN	直接从计算机上读取，方便易读，无快速跳闪，分辨率0.01KN	合格
7	起拔力测试	直接从计算机上读取，无快速跳闪，分辨率0.01KN	直接从计算机上读取，方便易读，无快速跳闪，分辨率0.01KN	合格
					8	整机效率	通过计算机内部计算，直接读出整机效率，无快速跳闪，分辨率0.01％	通过计算机内部计算，直接得出整机效率，方便易读，无快速跳闪，分辨率0.01％。	合格
9	系统各点温度测量	通过传感器测量，信号返回计算机，直接从计算机上读取各点温度，，无快速跳闪，分辨率0.1℃。	通过传感器测量，信号返回计算机，直接从计算机上读取各点温度，方便易读，无快速跳闪，分辨率0.1℃。	合格

序号	计划(设计)项目	设计要求	实际项目试用结果	结论
					10	轻推开孔功能调试与测试	通过计算机数据显示，对钻机轻推开孔功能进行调试、标定，并通过计算机对钻机轻推开孔功能进行模拟测试。	通过计算机数据显示，对钻机轻推开孔功能进行调试、标定，并通过计算机对钻机轻推开孔功能进行模拟测试，通过天府矿业公司三汇一矿等多个矿井现场实际试用检验，现场轻推开孔功能与测试室模拟轻推开孔功能吻合，完全满足轻推开孔使用要求。	合格
11	自适应功能调试与测试	通过计算机数据显示，对钻机自适应功能进行调试、标定，并通过计算机对钻机自适应功能进行模拟测试。	通过计算机数据显示，对钻机自适应功能进行调试、标定，并通过计算机对钻机自适应功能进行模拟测试，通过天府矿业公司三汇一矿等多个矿井现场实际试用检验，现场自适应功能与测试室模拟自适应功能吻合，完全满足自适应使用要求，成倍提高了钻进效率。	合格
					12	防抱钻卡钻功能调试与测试	通过计算机数据显示，对钻机防抱钻卡钻功能进行调试、标定，并通过计算机对钻机防抱钻卡钻功能进行模拟测试。	通过计算机数据显示，对钻机防抱钻卡钻功能进行调试、标定，并通过计算机对钻机防抱钻卡钻功能进行模拟测试，通过天府矿业公司三汇一矿等多个矿井现场实际试用检验，现场防抱钻卡钻功能与测试室模拟防抱钻卡钻功能吻合，完全满足防抱钻卡钻使用要求，大大提高了钻进过程中的防突出安全性。	合格

试用结论：

该测试系统结构简单，功能齐全，性能可靠，完全满足本钻机的测试性能要求。

参加试用人员

Claims (3)

1.一种煤矿钻机性能综合测试系统，包括一套计算机、专项检测仪器和通信线路，其特征是：计算机安装有专用的煤矿钻机性能综合测试软件，并安装2.0及其以上版本的.NET Framework；专项检测仪器包括HC系列测控仪、HSDZC电能测试仪、JW2A扭矩仪及检测环境温度、马达温度、泵温度、油温、冷却水流量、马达进油流量、马达回油流量、马达油压、小泵油压、推进油压、泵站噪音、操纵台噪音、马达噪音、水压、环境湿度、位移、位移速度等参数的各种传感器；传感器产生的模拟信号由LU-902MR进行转换；计算机通过多串口卡与多个数据采集设备相连接，多串口卡通过跳线与配线架连接，配线架通过线缆连接到检测室的不同位置并设置转接插座，与传感设备相对应的模数转换及串行通信设备通过跳线与转接插座进行连接。

2.根据权利要求1所述的煤矿钻机性能综合测试系统，其特征是：计算机中安装的专用的煤矿钻机性能综合测试软件包括权限管理、钻机检测、系统配置三个功能模块，所述权限管理模块包括部门管理、角色管理、用户管理、操作日志查询；所述钻机检测模块包括实时采集数据、记录当前值、保存数据记录、查询历史数据、生成和打印报、生成数据曲线；所述系统配置模块包括数据库连接设置、数据库备份、通信接口设置、报警点设置、偏移量设置、报表表头设置。

3.根据权利要求2所述的煤矿钻机性能综合测试系统，其特征是：钻机检测模块中实时采集数据是采用多线程同时工作方式，每个线程对应一个设备，可以对不同的设备单独设置通信容错机制，可以按需求增加新检测设备到系统。

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