基于LabWindows／CVI的液压爆破试验测控系统设计.pdf

2 0 1 1年 3月 第 3 9卷 第 5期 机床与液压 MACHI NE T00L ＆ HYDRAUL I CS M R r ． 2 0 l l Vo 1 ． 3 9 No ． 5 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 5 ． 0 2 4 基于 L a b Wi n d 0 w S ／ C V I 的液压爆破试验测控系统设计 艾卓，王新民，王纪森 西北工业大学 自动化学院，陕西西安 7 1 0 0 7 2 摘要针对液压爆破试验台，开发一款基于 L a b Wi n d o w s ／ C V I 虚拟仪器的测控系统软件。介绍该测控系统硬件和软件 的结构组成及工作原理 ，重点对该测控软件的数据采集和数据处理模块进行论述；软件设计过程中充分利用动态链接库、 多线程等技术 ，使软件功能合理。调试结果表明该测控系统软件功能合理 ，满足系统测试精度和技术指标要求。 关键词液压爆破；数据采集；多线程；L a b Wi n d o w s ／ C V I 中图分类号V 2 1 6 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 5 0 7 1 2 De s i g n o f t h e M e a s ur i n g a nd Co n t r o l l i ng S y s t e m f o r Hy d r a u l i c Bu r s t i ng Te s t Be d Ba s e d o n La b W i nd o ws ／CVI AI Z h u o ．WANG Xi n mi n．WANG J i s e n C o l l e g e o f A u t o m a t i o n ，N o r t h w e s t e r n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ，X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 7 2，C h i n a Ab s t r a c t A s o f t w a r e o f me a s u r i n g a n d c o n t r o l l i n g s y s t e m f o r h y d r a u l i c b u r s t i n g t e s t b e d w a s d e v e l o p e d b a s e d o n L a b Wi n d o w s ／ CVI ．Th e s t r u c t u r e a n d wo r k i ng p rin c i pl e o f b o t h h a r d wa r e a n d s o f t wa r e we r e i n t r o du c e d a n d t h e d a t a a c q ui s i t i o n a n d p r o c e s s i n g mo du l e w a s h i g h l i g h t e d ． D L L，d a t a b a s e a n d mu h i t h r e a d i n g t e c h n o l o g y w e r e u s e d i n t h e p r o c e s s o f s o f t wa r e d e s i g n i n g t o r a t i o n a l i z e t h e s o f t w a r e f u n c t i o n ．Th e p r o g r a m d e b u g g i n g r e s u l t s h o w s t h a t t h e t e s t s y s t e m h a s r a t i o n a l f u n c t i o n s ，a n d me e t s t h e r e q u i r e me n t s o f t e s t i n g a c c u r a c y a n d t e c h n i c a l i n d e x e s ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c b u t i n g ；D a t a a c q u i s i t i o n；Mu h i t h r e a d i n g ； L a b W i n d o ws ／ C VI 近年来 ，飞机液压系统逐渐 向着质量小、体积 小、高压化、大功率、变压力、多余度等方向发展。 例如 ，空 中客车公司最新研制 的 A 3 8 0就采用 了 3 4 ． 5 M P a 5 0 0 0 p s i 的高压 液压 系 统。但 是高 压 系统 的 实现有材料问题 ，也有密封技术问题 。高压 意味着 泄 漏，对间隙提出了更高的要求 ，要求有更高的加工精 度 和过滤技术 。由于系统压力 的提高 ，相应地对飞机 液压附件提出了更高的要求。要保证新研制的飞机高 压液压系统 的安全 ，必须事先对相应 的液压 附件进行 高压试验 ，以测试相应产品的安全性 。 液压爆破试验台是综合液压试验 台的一部分 ，专 门对液压软管 、气囊 、作动筒 、阀等液压 附件进行 耐 压 、爆破 、泄漏等试验 。该试验设施用 于飞机液压 附 件强度 、气密 、流量 、流量阻力 、性能转换试验 的测 试 。该试验 台的测控 系统采 用 L a b wi n d o w s ／ c V I 为开 发平 台，极大地缩短 了开发周期 。 1 液压爆破试验台简介 爆破试验 台由液压泵站 、气驱增益装置 、防护装 置和控制台等部分组成。 试验 台的液压原 理如图 1 所示 ，它利用气驱增压 泵将液压油加压 0～ 2 0 0 M P a ，通过快速接头连接试 验件实现爆破试验。试验装置通过上位机实现 自动控 制 、数据采集和数据处理 。 图 1 液压 系统原理图 2 测试系统硬件组成及工作流程 爆 破 测 试 台 的 测 试 系 统 是 由 工 控 机 、研 华 P C I 1 7 1 0数据采集 卡、S A A 7 1 3 0视频 采集卡 、接 线卡 P C L D 8 7 1 0 、温度传感器、压力传感器等组成。 工控机通过数据采集卡采集试验台上泵出 口压 力、出口流量、油温、爆破工位出口压力等 l 2路模 拟输入信号，通过 P I D运算，实现对系统的实时控制 及监控 。试验开始时，将会设定压力和升压速率 ；试 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 2 9 作者简介 艾卓 1 9 8 5 ～ ，男 ，硕士研究生 ，主要从事液压伺 服控 制及 自动化检测技术 等的研究 。电话 0 2 9～ 8 8 4 9 3 0 1 9 ， Ema i l a i z h u o 1 2 6 ． C O rn。 7 2 机床与液压 第 3 9卷 验开始后 ，由数据 采集卡 实时 采集 压缩空 气 的进气 量 ，经 P I D运算后 ，由 P C I 板卡 1 0输 出电流信 号控 制电控 比例阀的开 口大小 ，实现对气驱增压泵打 压速 率的调节 ，形成 闭环控制 ，保证实 际升压 曲线符合设 定值。系统工作流程图和压力闭环控制图分别如图 2、3示 。 系 统初 始化 结束 图 2 系统工作流程图 图 3 压 力闭环控制 图 3 爆破测试 系统软件设计 爆破测试 系 统 的软 件 是 以美 国 N I 公 司 的 L a b ． Wi n d o w s ／ C V I 9 ． 0为平 台开发 的。 测试系统软 件主要 包 括 以下几 个方 面 用户 登 录 、系统 自检 、传 感器 标定 、测试 台控 制 、数据 分 析 、数 据库管理等模 块。图 4为软件 的基本结构图。 主 界面 密 码 修 改 系 统 自 检 传 感 器 标 定 蓁蓁茎j J蓁 试 验 厶 口 控 制 对 比 试 验 曲 线 数 据 处 理 报 表 生 成 及 打 印 数 据 库 管 理 查 询 试 验 数 据 图 4 软件 结构 4 软件关键技术及代码实现 由于爆破试验的危险性 ，为 了保证试验人员 的安 全，整个试验装置和控制台分别放置在不同的房间， 且测试 工件被放置在 5 0 0 a m 5 0 0 m m1 2 0 0 m m的 安全装置中。因此 ，为了保证试验员能在控制操作台 同时观察爆破柜里的试验状况 ，在软件界面窗 口设置 了实时监控 画面 。测试 系统采 用天敏 科技 的 V C 4 0 0 0 P C 1 系列 S A A 7 1 3 0视频采集卡实现监控显示。S A A 7 1 3 0 视频采集卡提供 了可 以二次 开发的动态链 接库 D y n a m i c L i n k L i b r a r y ， D L L 和头文件 。在 L a b Wi n d o w s ／ C V I 中 ，通过标准 的 3 2位导 入库 连接 到 D L L ，用 户 可以将其他代码或程序融人到现在 的程序中。关键代 码如下 h I n s t L o a d L i b r a r y”S AA 7 1 3 4 C a p t u r e ． d U” ／ ／ 载人 D L L V C A I n i t S d kVC A I n i t P R O C G e t P r o c A d d r e s s h I n s t ， M A K E I N T R E S 0 u R c E 1 4 ；／ ／ 初始化板卡 V C A 0 p e n D e V i c e V C A O p e n P R O CG e t P r o c A d d r e s s h l n s t ，MA K E I N T R E S O U R C E 1 7 ；／ ／ 打 开设 备摄像头 V C A S t a r t V i d e o P r e v i e w V C A S t a n V i d e o P R O C G e t P r o c A d d r e s s h I n s t ， MA K E I N T R E S O UR C E 4 4 ；／ ／ 开 始监控 由于爆破试验需要记 录爆破瞬间数据 ，因此必须 具有 高速数据采集 的能力 。测试系统采用的是研华公 司的 P C I 1 7 1 0板 卡 。数 据 采 集 时 打 开 板 卡 自带 的 F I F O，并且工作在 中断传输方式，使板卡处于高速 采集状态，将节省 C P U时间，让其他线程获得更多 的时 间片 。数据采集流程图如图 5示 。 图 5 数据采集流程图 对 于多线程数据采集程序 ，数据保护是必须要致 力解决 的一个关键问题 。必须保护全局变量 、静态局 部变量和动态分配的变量 ，以免它们被多个线程同时 访问 ，否则可 能会偶 尔造成 逻辑错 误。L a b Wi n d o w s ／ C V I 提供了多种高级机制来保护数据被同时访问，作 者采用线程安全队列通过直接指针方式把数据在数据 采集线程和数 据处理线程问传递 。 C mt Ne w T S Q N UMI T E MSI NQ U E U E，s i z e o f d o u b l e ， 0 ， t s q H a n d l e ； ／ ／ ,J 建安 全队列 C m t G e t T S Q Wr i t e P t r t s q H a n d l e ， w r i t e P t r ， f r e e S p a c e ；／ ／ 得到安全队列写指针 C m t R e l e a s e T S Q Wr i t e P t r t s q H a n d l e ， N U M I T E M S I N Q U E U E WR I T E B L O C K ；／ ／ 释放安全队列中完 成写操作内存地址指针 5结论 以 L a b Wi n d o w s ／ C V I 虚拟 仪器作 为爆破 试验 台这 类非标准试验设备的测 控软件开发平 台，使得软件具 有研发周期短、人机界面友好且可扩展性强等优点。 下转第7 5页 一 第 5期 何高清 等自动精密校直机数控系统的研制与开发 7 5 迅速判断该次的校直 结果 ，从 而决定 下次 的校 直量 ， 为 了防止无限制校直 ，工件 的校直 次数一般 不超过 3 次 。该 校直策略只需 简单的专家系统支持 ，甚至根据 工件变形量可 以提供校直量 ，不需建立精确的数学模 型 ，便 于实现。 5 开放式 自动精密校直机数控 系统的应用 S T A R - 0 7 Y 自动精密校直机数控 系统首 先在 Y 4 0 1 0 精密校直机上使用 ，如 图 5 、6所 示 。该校 直机是 安徽省 “ 十一 五 ”科 技攻 关 项 目 自动精 密 校直 系列成套设备研究及产业化其 中子项 目之 一。Y 4 0 1 0 精密校直机压头采用液压伺服 阀控制油缸带 动压 头上 下移动 ，最大提供压 力为 1 0 X 1 0 N，该精 密校 直机 具有上下料功能，降低工人的工作强度。 图 5 S T A R - 0 7 Y型校直机数控系统 图 6 S T A R - 0 7 Y型校直机数控系统应用 6结束语 轴类零 件 的加 工 、制 造 以及 检 测是 汽 车 、拖 拉 机 、工程机械 、纺织机械 、军工机械等机械制造行业 的关键和难点问题 ，其中轴类零件的校直技术和理论 国内虽早有研究，但是国内还没有具有 自动精密校直 功能专用数控系统的成熟稳定的产品。S T A R - 0 7 Y型 自动精密校直机数 控系统具有较 为稳定精 密的校直 功 能 ，解决 了电液伺服控制 、高速微量误差检测 以及校 直技术 的 问题 ，在安 徽省 “ 十一 五 ”科 技攻 关项 目 的支持下 ，该系统 已经在企业应用 ，取得 了很好 的经 济和社会效益 。 参考文献 【 1 】韩江， 余仲元， 何高清． 模糊 自适应整定 P I D控制在数控 精密校直机 电液伺 服系统中的应用 研究 [ J ] ． 组合机 车 与 自动化加工技术 ， 2 0 0 9 8 5 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