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基于泓格Wincon8000的機(jī)械高壓液壓設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)的研制

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關(guān)鍵詞:泓格 Wincon8000 機(jī)械高壓液壓 設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)

    1 需求概述
    隨著液壓技術(shù)的迅速發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的日益廣泛,對(duì)液壓元件、組件和系統(tǒng)的品種及性能的要求愈來(lái)愈高,相應(yīng)地對(duì)液壓測(cè)試技術(shù)提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,為測(cè)控技術(shù)在液壓附件測(cè)試設(shè)備中的應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑。液壓設(shè)備的性能及可靠性,主要取決于系統(tǒng)的各部件及附件的性能。由于液壓技術(shù)的不斷進(jìn)步和設(shè)備使用要求的不斷提高,液壓泵更多地采用了新技術(shù)、新工藝,其壓力和流量也相繼提高,如此帶來(lái)了參數(shù)精確測(cè)量、多型泵兼容和系統(tǒng)穩(wěn)定性等問(wèn)題。因此,為了確定和考核液壓系統(tǒng)及其組成元件的完整的性能參數(shù)、品質(zhì)指標(biāo)等進(jìn)行的測(cè)試,測(cè)試工作也就需要滿足更高的要求。為了適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到液壓元件的高精度測(cè)試精度,采用泓格公司的WinCE-Based帶有工業(yè)Ethernet接口的新型模塊Wincon8000作為主要現(xiàn)地測(cè)試單元,構(gòu)成了分布式的液壓測(cè)試系統(tǒng)。基于WinCon8000的測(cè)試原理圖見(jiàn)圖1所示。
    2 高壓液壓泵測(cè)試系統(tǒng)
    在研究、設(shè)計(jì)新型高壓液壓泵時(shí),必須對(duì)液壓泵進(jìn)行型式試驗(yàn)。型式試驗(yàn)內(nèi)容有:
    ① 結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn),包括氣密性、外滲漏、耐壓及疲勞等試驗(yàn);
    ② 工作性能試驗(yàn),包括排量驗(yàn)證、效率、變量特性、自吸、噪聲等試驗(yàn);
    ③ 耐久性試驗(yàn),包括高溫、超速、超載、沖擊、連續(xù)超載、連續(xù)滿載等試驗(yàn)。普通液壓試驗(yàn)臺(tái)利用二次儀表測(cè)量流量、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、壓力等參數(shù),直接或通過(guò)計(jì)算間接測(cè)出液壓泵的工作性能特性。
    由于測(cè)量參數(shù)多、測(cè)點(diǎn)分散,加大測(cè)量強(qiáng)度,耗時(shí)長(zhǎng);同時(shí),由于測(cè)量參數(shù)讀數(shù)的時(shí)間差會(huì)引入誤差影響測(cè)量精度;此外,在進(jìn)行高壓液壓泵耐久性試驗(yàn)時(shí),測(cè)試時(shí)間長(zhǎng),功率消耗極大。本研究根據(jù)高壓液壓泵型式試驗(yàn)特點(diǎn),利用1 臺(tái)微機(jī)、三臺(tái)Wincon8000及相應(yīng)的傳感器,實(shí)現(xiàn)高壓液壓泵型式試驗(yàn)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試;采用泵的功率回收液壓回路,使測(cè)試功率得以回收,達(dá)到降低測(cè)量強(qiáng)度、提高測(cè)試精度以及節(jié)能的目的。
    高壓液壓泵試驗(yàn)臺(tái)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)選用雙出軸直流電機(jī),配以相位控制晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng),該調(diào)速系統(tǒng)采用三相橋式全控電流小閉環(huán)和速度大閉環(huán)組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速,滿足高壓液壓泵測(cè)試調(diào)速精確、平穩(wěn)、需經(jīng)常變速、機(jī)械特性硬等的要求。

    3 測(cè)試基本原理
    3.1 基于Wincon8000的測(cè)控系統(tǒng)的組成
    基于Wincon8000的測(cè)控系統(tǒng)主要包括一臺(tái)上位機(jī),三臺(tái)WinCon8000及其8K系列的I/O模塊,信號(hào)放大電路,ZAZP型電動(dòng)直通單座調(diào)節(jié)閥,DF型先導(dǎo)式電磁高壓油閥,高精密液壓傳感器SR345等幾部分。
    3.2 控制過(guò)程
    首先,由上位機(jī)給三臺(tái)現(xiàn)地控制單元泓格ICPDAS WinCon-8331-G 緊湊型嵌入式控制系統(tǒng)發(fā)出測(cè)試指令,三臺(tái)Wincon8000的ICPDAS I-8017MR 8K實(shí)時(shí)采集由液壓傳感器發(fā)送來(lái)的與被試泵油腔內(nèi)的油壓相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào),并將這一電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成數(shù)值量,經(jīng)數(shù)值處理,通過(guò)計(jì)算得到數(shù)值控制量。然后,將數(shù)值控制量經(jīng)ICPDAS I-8024 8K轉(zhuǎn)換模塊變成相應(yīng)的模擬控制電壓及經(jīng)ICPDAS I-8050 8K輸入/出數(shù)字信號(hào)控制電磁閥,最終達(dá)到被控液壓恒定。

    3.3 實(shí)時(shí)控制算法
    針對(duì)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制要求及控制系統(tǒng) 的純滯后和慣性時(shí)間較長(zhǎng),動(dòng)態(tài)參數(shù)未知,被控對(duì)象經(jīng) 常處在隨機(jī)擾動(dòng)作用之下等特點(diǎn),通過(guò)綜合考慮,采用了最小方差自校正控制算法,即最小方差自校正控制器。
    最小方差自校正控制器是按最小輸出方差優(yōu)化性 能指標(biāo)綜合自校正控制律,采用遞推最小二乘參數(shù)估 計(jì)方法,直接估計(jì)控制器參數(shù)。由二部分組成,第一部 分是控制器參數(shù)估計(jì)器,第二部分是自校正控制器。
    其結(jié)構(gòu)如圖3所示。



    4 硬件系統(tǒng)
    4.1 WinCon8000
    根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)地控制單元的要求,選擇WinCon-8331-G緊湊型嵌入式控制系統(tǒng)。WinCon-8000具有信號(hào)模塊插槽,與PLC等控制器相同的架構(gòu),主機(jī)為PC硬件及WinCE操作系統(tǒng),如此巧妙地變成使用PC的環(huán)境,但是具有PLC控制信號(hào)的功能,此為一機(jī)兩面的“PC+PLC”組合體。信號(hào)模塊包含模擬量信號(hào)(Analog)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)(Digital)等多種規(guī)格的產(chǎn)品。在WinCon8000內(nèi)部預(yù)裝Windows CE.NET,由于Windows CE. NET是個(gè)強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng),就產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)有力的控制解決方案。WinCon-8000系列是一個(gè)無(wú)盤的實(shí)時(shí)控制平臺(tái),它是傳統(tǒng)的PLC和Windows PC機(jī)的強(qiáng)強(qiáng)整合體。
    4.2 A/D模塊:ICPDAS I-8017MR 8K模擬量輸入模塊
    單通道查詢模式:100KHz;
    8通道掃描模式:8KHz;
    輸入帶寬:40KHz;
    分辨率:14位;
    輸入類型:差分;
    4.3 D/A模塊:泓格ICPDAS I-8024 8K模擬量輸入/輸出模塊
    4路光電隔離模擬量輸出模塊;
    電壓輸出:±10V
    &電流輸出:0~20mA/4~20mA
    隔離:3000VDC
    4.4 DI/O模塊:泓格ICPDAS I-8050 8K開(kāi)關(guān)量模塊
    開(kāi)關(guān)量輸入/輸出通道數(shù):16
    輸入/輸出類型:由路線選擇
    開(kāi)關(guān)量輸入:+2V(0),+4V~30V(1)
    開(kāi)關(guān)量輸出:集電極開(kāi)路輸出:125mA/路
    5 系統(tǒng)軟件
    系統(tǒng)軟件采用基于Windows2000的Visual C++開(kāi)發(fā),并加以SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù),并加載泓格公司提供的Wincon8000的OPC服務(wù),實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的管理程序。系統(tǒng)程序框架見(jiàn)圖4所示。
    WinCon8000現(xiàn)地單元的程序開(kāi)發(fā)在其內(nèi)部的WinCE的平臺(tái)上利用Visual Basic .NET工具開(kāi)發(fā),泓格提供了大量的例程,編程較為簡(jiǎn)單。



    圖4:系統(tǒng)軟件架構(gòu)
    6 結(jié)束語(yǔ)
    泓格公司的WinCE-Based的WinCon-8000控制器是標(biāo)準(zhǔn)的信息架構(gòu),且泓格公司提供了驅(qū)動(dòng)I/O信號(hào)的能力,利用Wincon8000架構(gòu)測(cè)控系統(tǒng)具有PLC與PC的雙重優(yōu)勢(shì)。由于WinCE操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性以及穩(wěn)定性,基于WinCE的控制器是將來(lái)工業(yè)控制領(lǐng)域的一種發(fā)展趨勢(shì)。本系統(tǒng)利用Wincon8000架構(gòu)的機(jī)械高壓液壓設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)便是的一個(gè)較為典型的應(yīng)

    (審核編輯: 智匯小新)

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