在各類材料的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗,生產(chǎn)過程質(zhì)量控制,材料科學(xué)研究和教學(xué)試驗中都必須應(yīng)用
試驗機來進行力學(xué)性能測試。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,力學(xué)性能的自動測試已成為體現(xiàn)測試技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。目前,我國約有數(shù)萬臺國產(chǎn)及進口的各類試驗機,其中大部分試驗機因不具備電測能力而處于癱瘓狀態(tài),因此對試驗機的改造勢在必行。鑒于此情況,我們對電液式
萬能試驗機的計算機測試系統(tǒng)進行了改進,實現(xiàn)對試驗數(shù)據(jù)的自動采集,處理及對試驗機的自動控制功能等。
1、工作原理概述
由圖1 可見,萬能試驗機的電液控制系統(tǒng)輸入信號”。,此信號是根據(jù)試驗要求在時間坐標(biāo)上輸出某種波形的電壓量,經(jīng)控制放大器將電壓量放大并轉(zhuǎn)換成電流△Jr 后輸入電液控制閥,使電液控制閥輸出相應(yīng)的流量AQ 或壓力△p,控制液壓缸使活塞帶動試件按輸入的信號運動,負載運動時它的被控量,如位移,力,變形,加速度等,由檢測元件檢測并轉(zhuǎn)換成電量u2,這一電量由計算機測控系統(tǒng)處理,一方面用來顯示,保存和數(shù)據(jù)處理,另一方面與原信號u。進行比較,直到被控制量u2 與輸入量u,相等為止,從而實現(xiàn)整個過程的閉環(huán)控制。
圖1 萬能試驗機工作原理圖
2 測控系統(tǒng)
電液式萬能試驗機計算機測控系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能:對檢測元件的信號進行采集放大及A/D 轉(zhuǎn)換;轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入計算機,進行顯示分析保存,測試系統(tǒng)的控制算法對試驗機的控制給出控制信號;控制信號進行D/A 轉(zhuǎn)換,輸出給控制放大器,使整個系統(tǒng)完成閉環(huán)控制。
(1)硬件部分
本系統(tǒng)硬件主要由計算機,打印機,A/D 轉(zhuǎn)換器,D/A 轉(zhuǎn)換器,檢測元件及外圍電路組成(如圖2 所示)。由于電液式試驗機本身具備完整的電測能力并配置具有一定功能的數(shù)據(jù)自動處理裝置,因此在硬件上無需較大改進,我們只在傳感器上做了些改進,采用光柵式的引伸計和位移傳感器,輸出的數(shù)字信號通過串行通訊接口直接輸入計算機,這樣既提高了精度也提高了準(zhǔn)確度。
圖2 硬件系統(tǒng)組成原理圖
(2)軟件部分
軟件部分是對電液式萬能試驗機測控系統(tǒng)改進的 重點,我們根據(jù)GB228—87《金屬材料拉伸試驗法》, GB232—87《金屬彎曲試驗方法》,GB7314—87《金屬 壓縮試驗方法》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),采用了模塊化設(shè)計方法, 運用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言VisualC++6。0 對測控軟件進行重新編寫,其結(jié)構(gòu)和功能模塊如圖3 所示。
①參數(shù)設(shè)定模塊。A。傳感器參數(shù)的設(shè)定:由于 各傳感器出廠時設(shè)計參數(shù)不一,若直接用于測試則采集的數(shù)據(jù)無信任度,另外根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定,傳感器需定期檢測標(biāo)定,因此我們將檔位選擇,標(biāo)定值設(shè)定及標(biāo)定算法集成類CSign,與其他模塊相銜接構(gòu)成相應(yīng)的標(biāo)定界面,共同完成標(biāo)定功能。操作時只需在標(biāo)定界面中輸入有關(guān)數(shù)據(jù),點擊參數(shù)即可完成;B。試驗類型的設(shè)定:萬能試驗機可實現(xiàn)拉伸,彎曲,壓縮三種試驗方式,試驗前軟件會給出對話框提示選擇試驗類型;C。試驗參數(shù)的設(shè)定:不同的試驗有不同的試驗參數(shù),如采集速率,應(yīng)變片靈敏系數(shù)等需在試驗前設(shè)定。我們給出一定的參考值供用戶選擇,同時用戶也可以對這些參數(shù)自行設(shè)定。
圖3 軟件功能模塊圖
②數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集模塊負責(zé)與硬件部分通信,實現(xiàn)信號輸入/輸出操作。根據(jù)硬件系統(tǒng)的特點,本模塊采用串行通信方式在后臺進行I/O 操作,我們運用動態(tài)鏈接庫技術(shù)創(chuàng)建了DLL 文件CommDLL,最后利用Vc++AppWizard 將CommDLL 添加到由其他模塊組成的主工程中,在主工程中實現(xiàn)對CommDLL。dll 的調(diào)用,以完成數(shù)據(jù)采集功能。其工作原理如下: 當(dāng)它收到主程序開始采樣的請求后,便創(chuàng)建兩個線程: 采集線程和消息線程。采集線程負責(zé)將采集數(shù)據(jù)寫到主程序提交的內(nèi)存;而消息線程由多媒體定時器控制即每隔一段時間多媒體定時器就調(diào)用一次此線程,此線程負責(zé)給主程序發(fā)送數(shù)據(jù)處理消息。當(dāng)主程序接收到此消息后,便從它提交內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理。此處需要注意的是采樣線程和消息線程在讀寫應(yīng)用程序提交的內(nèi)存時要保持同步(如當(dāng)采集線程正在向內(nèi)存進行操作時消息線程就不能對此段內(nèi)存進行讀操作,否則就可能導(dǎo)致讀寫錯誤)。保持線程同步的方法很多,如互斥量(Mutex),信號量(Semaphore)和事件(Event)。我們使用了事件方式。DLL 可以實現(xiàn)應(yīng)用程序共享代碼和資源,從而極大地提高了應(yīng)用程序的編寫效率和執(zhí)行效率,也有利于我們對此軟件的 升級維護。
③數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理主要包括兩部分:第 一,對數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)實時顯示,如示值,力值——時間曲線,力值——位移曲線等,此外還需對試驗結(jié)果進行分析,自動計算應(yīng)力,伸長率,確定屈服點等;第二,試驗機具有等速率負荷控制,等速率變形控制和位移控制三種控制方式。本軟件可完成在試驗過程中控制方式的自動切換,保證試驗曲線和數(shù)據(jù)的完整性,在這點上主要考慮用數(shù)字比較器,即將力控制,位移控制,變形控制三種方式PID 過程調(diào)節(jié)的三組數(shù)學(xué)模型。數(shù)字比較器將從采集的位移速率(變形速率,力加載速率)與設(shè)定的相應(yīng)速率進行比較,其差量根據(jù)與硬件預(yù)先制定的協(xié)議串行輸出,通過D/A 轉(zhuǎn)換等按一定寬度的脈沖給功率放大器,控制液壓比例閥動作,從而高精度推動活塞按設(shè)定條件工作。
④結(jié)果輸出模塊。結(jié)果輸出模塊主要實現(xiàn)打印,數(shù)據(jù)庫存儲功能,其中數(shù)據(jù)庫部分除了基本的查詢,刪除,修改等基本操作外,還配置了歷史曲線分析功能,用戶可以過去的試驗記錄進行重新自動或手動分析,此外考慮到與企業(yè)Intranet 聯(lián)接,我們還在設(shè)置了 網(wǎng)絡(luò)接口,便于企業(yè)網(wǎng)的全局管理。
⑤各模塊聚合。將各模塊集成主程序,則本軟件完成。經(jīng)過調(diào)試運行后,本測控系統(tǒng)已得到良好運用,試驗進行中的部分界面顯示見圖4。
3、結(jié)論
我們改進了計算機測控系統(tǒng)后,試驗機的試驗速度,試驗精度和先進程度都得到了提高,并且實現(xiàn)了試驗過程的全自動化。操作簡便,人機界面友好,能回放曲線和試驗結(jié)果,整個改造的各項性能指標(biāo)達到了較先進的水平且實用性強,同時該系統(tǒng)與帶微機自動采集系統(tǒng)的新試驗機從性價比上講,前者遠遠高于后者,老機新用,可節(jié)約大量資金,在生產(chǎn),科研,教學(xué)上有著良好的應(yīng)用前景。
