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(jī)來進(jìn)行力學(xué)性能測試。隨著計算機(jī)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(jìn)口的各類試驗機(jī),其中大部分試驗機(jī)因不具備電測能力而處于癱瘓狀態(tài),因此對試驗機(jī)的改造勢在必行。鑒于此情況,我們對電液式
萬能試驗機(jī)的計算機(jī)測試系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),實現(xiàn)對試驗數(shù)據(jù)的自動采集,處理及對試驗機(jī)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(jī)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(yùn)動,負(fù)載運(yùn)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(jī)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(jìn)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(jī)工作原理圖
2 測控系統(tǒng)
電液式萬能試驗機(jī)計算機(jī)測控系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能:對檢測元件的信號進(jìn)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(jī),進(jìn)行顯示分析保存,測試系統(tǒng)的控制算法對試驗機(jī)的控制給出控制信號;控制信號進(jìn)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(jī),打印機(jī),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(jī)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(jìn),我們只在傳感器上做了些改進(jìn),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(jī),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(jī)測控系統(tǒng)改進(jìn)的 重點(diǎn),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(yùn)用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言VisualC++6。0 對測控軟件進(jìn)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(diǎn)擊參數(shù)即可完成;B。試驗類型的設(shè)定:萬能試驗機(jī)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(fù)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(diǎn),本模塊采用串行通信方式在后臺進(jìn)行I/O 操作,我們運(yùn)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(fù)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(fù)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(jìn)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(jìn)行操作時消息線程就不能對此段內(nèi)存進(jìn)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(hù)。
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(jìn)行分析,自動計算應(yīng)力,伸長率,確定屈服點(diǎn)等;第二,試驗機(jī)具有等速率負(fù)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)行后,本測控系統(tǒng)已得到良好運(yùn)用,試驗進(jìn)行中的部分界面顯示見圖4。
3、結(jié)論
我們改進(jìn)了計算機(jī)測控系統(tǒng)后,試驗機(jī)的試驗速度,試驗精度和先進(jìn)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(jī)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(dá)到了較先進(jìn)的水平且實用性強(qiáng),同時該系統(tǒng)與帶微機(jī)自動采集系統(tǒng)的新試驗機(jī)從性價比上講,前者遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者,老機(jī)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。
