摘要：文章提出了基于計(jì)算機(jī)控制的測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建了以PLC為現(xiàn)場(chǎng)控制中心、工控機(jī)為數(shù)據(jù)處理單元、觸摸屏提供人機(jī)交互平臺(tái)的分布式測(cè)試系統(tǒng)，采用高精度的數(shù)字和比例液壓元件以滿足平臺(tái)對(duì)精度、功能和可靠性的要求，使用了高級(jí)語(yǔ)言編寫測(cè)試、控制及數(shù)據(jù)管理軟件。測(cè)試結(jié)果表明，該試驗(yàn)臺(tái)能滿足電液比例元件性能測(cè)試的實(shí)際需求。

關(guān)鍵詞：電液比例元件；性能測(cè)試平臺(tái)；計(jì)算機(jī)控制；PLC；工控機(jī)；觸摸屏 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP273 文章編號(hào)：1009-2374（2016）29-0013-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.006

1 概述

測(cè)試是評(píng)判液壓元件和系統(tǒng)性能的最終依據(jù)，現(xiàn)代液壓技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)緊密結(jié)合，形成一個(gè)包括傳動(dòng)、控制、檢測(cè)、顯示、參數(shù)校正、數(shù)據(jù)處理、安全報(bào)警在內(nèi)的綜合自動(dòng)化技術(shù)。為適應(yīng)現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展，滿足比例壓力閥、比例節(jié)流閥、比例調(diào)速閥、比例方向閥等電液控制元件的性能及型式試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)高精度、多功能、自動(dòng)化的電液比例元件性能測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)。

2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)與功能

2.1 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)分析

一般情況下，試驗(yàn)平臺(tái)包含很多結(jié)構(gòu)，比如液壓能源子系統(tǒng)、方向閥實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制臺(tái)等，具體的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其中的輔助測(cè)試系統(tǒng)主要是依靠計(jì)算機(jī)來(lái)完成的，我們首先需要?jiǎng)?chuàng)建一套較為科學(xué)的數(shù)據(jù)收集、過(guò)程控制系統(tǒng)，這樣能夠讓不同系統(tǒng)之間的關(guān)系更加緊密，進(jìn)而形成一個(gè)自動(dòng)化水平更高、功能更完善的平臺(tái)。除此之外還能自動(dòng)完成測(cè)試工作中的壓力、溫度等信息的自動(dòng)收集、分析及整理，能夠更加形象具體地用圖來(lái)將各種信息呈現(xiàn)給我們。

2.2 平臺(tái)各模塊的功能設(shè)計(jì)

在平臺(tái)中主要包含一些補(bǔ)油泵、集油泵以及一些用來(lái)冷卻的設(shè)備、報(bào)警裝置、油標(biāo)等，油泵的流量是0～90L/min。其中主要的裝置大多是從國(guó)外引進(jìn)的，裝置的準(zhǔn)確率較高，并且能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反饋給我們工作詳情。

根據(jù)相關(guān)要求可以得知，液壓閥的試驗(yàn)系統(tǒng)需要定期進(jìn)行不同閥門的性能檢測(cè)。具體的性能檢測(cè)工作包含三個(gè)部分，分別是比例壓力閥性能試驗(yàn)、比例流量閥性能試驗(yàn)、比例方向閥及位置控制性能試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中有針對(duì)性地對(duì)其動(dòng)、靜態(tài)性能進(jìn)行測(cè)試，每一個(gè)測(cè)試的信息都是依靠計(jì)算機(jī)來(lái)完成的。通過(guò)科學(xué)的測(cè)試與性能提升，試驗(yàn)系統(tǒng)能夠讓不同的閥門結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系更加緊密。

在所有的液壓試驗(yàn)控制工作中，比較重要的一套設(shè)備就是計(jì)算機(jī)控制臺(tái)，其中主要包含一些不同型號(hào)的輸入、輸出開(kāi)關(guān)。整個(gè)系統(tǒng)的下半部分主要是通過(guò)PLC進(jìn)行控制，具有較強(qiáng)的延展性，具體的元件主要以固態(tài)的繼電器為主，穩(wěn)定性較強(qiáng)且簡(jiǎn)便易操作。上半部分主要是通過(guò)工控機(jī)進(jìn)行控制工作，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成相關(guān)信息的收集，并進(jìn)一步對(duì)收集的信息進(jìn)行科學(xué)的處理和儲(chǔ)存，最后完成科學(xué)的打印。除此之外，在控制中心有PLC的彩色觸摸屏，然后把每一項(xiàng)工作的流程、具體的狀態(tài)通過(guò)動(dòng)態(tài)流程圖生動(dòng)地呈現(xiàn)給人們，全天候地進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控工作主要是為了在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，然后找到解決辦法解除故障。

3 平臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)工作原理

平臺(tái)采用分布式測(cè)試系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)如圖2所示，包括過(guò)程控制系統(tǒng)和本地測(cè)控系統(tǒng)。具體來(lái)講，過(guò)程控制系統(tǒng)主要包含一些硬件接口電路和PLC模塊等。前者主要是由一些控制放大電路以及濾波電路、控制繼電器等零件組成。后者的主要作用就是準(zhǔn)確控制系統(tǒng)中的一些執(zhí)行器零件，然后根據(jù)外部的溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等完成不同回路中信息的采集工作，并在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)測(cè)，必要時(shí)自動(dòng)終止試驗(yàn)。本地測(cè)控系統(tǒng)在系統(tǒng)中居于核心的地位。它在高速AD/DA控制卡的支持下，以100k/s的速度測(cè)量液壓回路中若干關(guān)鍵環(huán)節(jié)的參數(shù)。例如，在電液比例位置控制系統(tǒng)試驗(yàn)中，高速輸出測(cè)試激勵(lì)信號(hào)的同時(shí)，高速采集位移及壓力傳感器輸出的信息；它還承擔(dān)了復(fù)雜信號(hào)的數(shù)字處理和過(guò)程狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示任務(wù)，這里含有比例變換、平滑濾波及其他復(fù)雜的控制算法。

電液比例元件性能測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)PC工控機(jī)、PLC和觸摸屏配合實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的控制管理。液壓平臺(tái)的測(cè)試原理如圖3所示，PLC負(fù)責(zé)控制泵源開(kāi)啟、試驗(yàn)工況監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)流程選擇以及低速采集數(shù)據(jù)；以PC工控機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集控制卡為基礎(chǔ)的上位機(jī)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)以及圖形化再現(xiàn)；與PLC連接的觸摸屏及PC機(jī)上的虛擬控制面板都可以進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置和試驗(yàn)進(jìn)程監(jiān)測(cè)，PC機(jī)與PLC之間通過(guò)RS232串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)硬件部分主要以PLC（下位機(jī)）主控單元為核心，配合使用各種功能模塊、傳感器和執(zhí)行元件，組成相對(duì)獨(dú)立的工作單元，管理整個(gè)控制及測(cè)試系統(tǒng)和低速數(shù)據(jù)采集，完成對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制。另外，PC（上位機(jī)）工控機(jī)輔以測(cè)試軟件和高速數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的高速采樣。上、下位機(jī)之間采用RS-485通信接口和RS-232數(shù)據(jù)電纜連接，實(shí)現(xiàn)了雙級(jí)控制和數(shù)據(jù)信息交換。這樣設(shè)計(jì)在充分發(fā)揮PLC的高可靠性和管理能力的同時(shí)，也發(fā)揮了PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，測(cè)試過(guò)程原理圖如圖4所示。

測(cè)試平臺(tái)需要檢測(cè)和控制的各種開(kāi)關(guān)以及模擬量信號(hào)點(diǎn)較多，測(cè)量與控制工作量大、測(cè)控點(diǎn)分散、信號(hào)傳輸路徑長(zhǎng)、工作現(xiàn)場(chǎng)電磁信號(hào)復(fù)雜。這樣一來(lái)，單一的PLC控制單元遠(yuǎn)不能滿足需求，必須采用模塊化的設(shè)計(jì)，所以選用MITSUBISHI公司Q02系列PLC，其CPU單指令執(zhí)行時(shí)間達(dá)80ns，可控點(diǎn)多達(dá)8192點(diǎn)，程序容量112K字節(jié)，同時(shí)它還配有可以直接相連的功能模塊和人機(jī)對(duì)話界面，并且其性能指標(biāo)滿足本系統(tǒng)自身的功能要求和環(huán)境適應(yīng)性要求。

我們需要科學(xué)開(kāi)啟控制臺(tái)上的PC以及PLC裝置，通過(guò)PC機(jī)器進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試工作，如果發(fā)現(xiàn)機(jī)器上出現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的模式，需要根據(jù)預(yù)先設(shè)定的試驗(yàn)流程以及工作進(jìn)行操作，經(jīng)過(guò)認(rèn)真檢查后方可開(kāi)啟試驗(yàn)，此時(shí)作為狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要定期進(jìn)行預(yù)約流程的監(jiān)測(cè)工作，這一過(guò)程中萬(wàn)一發(fā)現(xiàn)了流程中存在的問(wèn)題應(yīng)該立即停止試驗(yàn)，只有解決問(wèn)題后才能繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。自從試驗(yàn)開(kāi)始，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)收集每一個(gè)試驗(yàn)信息，這些信息大都是通過(guò)傳感器得來(lái)的，主要是以圖片的形式進(jìn)行儲(chǔ)存。最后在試驗(yàn)接近尾聲時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)把收集、整理后的信息進(jìn)行科學(xué)的打印，同時(shí)會(huì)在原PC機(jī)中進(jìn)行儲(chǔ)存。

4 性能測(cè)試項(xiàng)目及結(jié)果

性能測(cè)試平臺(tái)涵蓋的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括比例壓力閥、流量閥、方向閥等元件試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定項(xiàng)目，比如比例二通調(diào)速閥測(cè)試涵蓋了耐壓試驗(yàn)、內(nèi)泄露試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)流量控制特性試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性試驗(yàn)、負(fù)載壓力階躍特性試驗(yàn)、輸入信號(hào)階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)、頻率特性試驗(yàn)等測(cè)試項(xiàng)目，其操作界面如圖5所示。在下位機(jī)觸摸屏上選擇“頻率特性試驗(yàn)”，在上位機(jī)自動(dòng)繪制測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

5 結(jié)語(yǔ)

該電液比例元件性能測(cè)試平臺(tái)將傳統(tǒng)的液壓測(cè)試試驗(yàn)技術(shù)與計(jì)算機(jī)、PLC控制以及現(xiàn)代傳感器技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，采用計(jì)算機(jī)編程和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，并且將試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的控制操作部分軟件化，使得試驗(yàn)更加準(zhǔn)確、快速，具有規(guī)模大、功能強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、拓展性強(qiáng)等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試過(guò)程自動(dòng)完成、數(shù)據(jù)自動(dòng)處理、故障狀態(tài)自診斷功能。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量檢測(cè)，電液比例元件性能測(cè)試平臺(tái)性能良好，在精度、功能和自動(dòng)化水平上都較以前試驗(yàn)臺(tái)有了較大程度的提高。

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作者簡(jiǎn)介：李志堅(jiān)，湖南醴陵人，供職于湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，研究方向：產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）