基于LabWindows／CVI的伺服液压轨道衡校验系统的程序设计.pdf

2 0 1 4年 l 0月 第 4 2卷 第2 O期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Oc t ． 2 01 4 Vo l _ 4 2 No ． 2 0 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 2 0 ． 0 2 8 基于 L a b Wi n d o w s ／ C V I 的伺服液压轨道衡校验系统的程序设计 张荣军 ，孙雁 航天科技 集团公 司第四十四研究所 ，陕西西安 7 1 0 0 2 5 摘要针对目前大型轨道衡校验存在的问题，给出了一种全新的轨道衡快速校验的解决方法。以 L a b wi n d 0 w s ／ c V I 为 开发平台，进行软件的模块化、可视化设计 ，采用模糊 自整定控制算法来实现力值的快速加载及快速稳定，解决了大型衡 器高精度、快速校准的难题。应用结果表明软件程序在可靠性 、稳定性、安全性、操作性等方面性能优越 ，完全满足电 控伺服液压轨道衡校验系统的测控要求。 关键词L a b wi n d 0 w s ／ c V I 平台；轨道衡；快速校验；模糊 自整定控制算法 中图分类号T P 3 1 1 ． 5 2 ；T P 2 7 3 ， 4 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 2 O一 0 9 0 4 Pr o g r a m De s i g n o f S e r v o Hy d r a ul i c I i l W e i g hb r i dg e Ve r i fic a t i o n Sy s t e m Ba s e d o n La b W i n do ws ／CVI Z HANG Ro n g j a n．S UN Ya n r I ’} l e 4 4 t h I n s t i t u t e o f C h i n a A e r o s p a c e S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C o r p o r a t i o n ， X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 2 5，C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e p r o b l e ms e x i s t i n g i n l a r g e r a i l we i g h b r i d g e v e rifi c a t i o n，a n e w r a p i d r a i l we i g h b ri d g e v e ri fi c a t i o n s o l u t i o n wa s p r e s e n t e d ．B a s e d o n L a b W i n d o ws ／ C VI d e v e l o p me n t p l a t f o r m ，s o f t w are mo d u l a r i z a t i o n，v i s u a l d e s i g n w a s d o n e ，f u z z y s e l f - t u n i n g c o n t r o l alg o rit h m w a s u s e d t o r e a l i z e r a p i d l o a d i n g a n d s t a b i l i t y q u i c k s t a b i l i z i n g ．S o t h e p r o b l e m o f h i g h p r e c i s i o n a n d f a s t c a l i b r a t i o n f o r l arg e i n s t r u me n t s wa s s o l v e d．Ap p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h e s o f t w are i s s u p e ri o r i n s u c h a s p e c t s a s r e l i a b i l i t y，s t a b i l i t y ，s a f e t y，o p e r a t i o n a l p e r f o r ma n c e ．T h e me a s u r e me n t a n d c o n t r o l r e q u i r e me n t s o f t h e e l e c t ric c o n t r o l s e n r 0 h y d r a u l i c r a i l we i g h b r i d g e v e rifi c a t i o n s y s t e m are s a t i s fi e d c o mp l e t e l y ． Ke y wo r d s k如Wi n d o w s ／ CV I d e v e l o p me n t p l a t f o rm ；R a i l we i g h b r i d g e F a s t c ali b r a t i o n；F u z z y s e l f - t u n i n g c o n t r o l a l g o ri t h m 随着国民经济的快速发展 ，物流业迅速发展，铁 路、公路运输量也随之剧增，生产加工过程的质量、 能量控制也越来越得到重视，电子衡器的最大称量和 结构尺 寸也相应地发生 了较大 的变化 ，量程 由几 十吨 增加至几百吨，特别是随着冶金等行业工艺类称重设 备的应用 ，量程范围已扩展至近千吨。传统的实物校 验 、砝码校验 耗 时 、费 力 ，已难 以满 足 衡 器 校验 需 求 ，校验方法和校验手段成为当前大型衡器计量的重 要课题 。 计算机控制的液压轨道衡校验系统是针对大型轨 道衡 实施 校验 的专用 校验 系统 ，完全可 以替代传统 的 校验方式，能够按照检定规程要求对大型轨道衡实施 自动快速校验。 1 校验原理 伺服液压轨道衡校验系统基于液压比对力源技 术 ，实现方式 为 液压工作站通过液压执行结构产生 载荷，通过标准传感器作用于轨道衡秤体 ，标准传感 器信号作为反馈信号被实时采集进入数据处理单元， 数据处理单元经过解析处理 ，根据处理结果和控制算 法 ，控制相应的液压执行机构 ，来实现对设定载荷值 加载以及载荷值的稳定。原理图如图 1 所示。 图 1 校验原理 图 2系统硬件设计 伺服液压轨道衡校验系统是一个柔性模块式标准 力源，采用了多模式反馈压力控制技术、多路压力平 衡技术 ，实现载荷值的准确控制。通过通道开／ 闭组 合，实现轨道衡偏载校验；在载荷值允许范围内，载 荷值可以任意设定。 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 0 9 作者简介张荣军 1 9 7 4 一 ，男，本科，高级工程师，主要从事军／ 民力敏传感器、动／ 静态力学量测试、力学量校准等技 术研究。E m ail z r j c g q 1 2 6 ． c o rn。 第 2 O期 张荣军 等 基于 L a b wi n d o w s ／ c V I 的伺服液压轨道衡校验系统的程序设计 9 1 伺服液压轨道衡校验 系统的硬件构成 如图 2所 示。主机采用台湾研华 I P C 6 1 0工控机。数字信号处 理器采用美 国吉时利 2 0 0 0型数字万用表，具有真六 位半 2 2 b 的稳定数据显示 ，同时采用高速低噪声 A ／ D转换技术 ，具备高线性、低 噪声、低漂移 的特 性，实现对标准称重传感器信号的采集。 图2 系统硬件构成图 考虑系统控制精度及伺服放大器接 口电路的匹 配 ，选用北京宏拓公 司 P C I 7 4 6 4板卡 。此 卡是一种 多 功能 、高性能综 合数 据采 集板 卡 ，有 4路 1 6位独立 D ／ A输出、1 6路 r 兀’ L电平开关量输入、1 6路 rr I 1L电 平开关量输 出，具有集成度高、功能强大、可靠性 好、数据采集稳定的特点，可实现对伺服开度及方向 的控制；同时 D ／ A输出信号作为 比例压力调节阀的 输入线号 ，实现对液压工作站出口压力的控制。 选用研华 P C L 7 3 5的开关量输出功能 ，来控制各 路电磁无泄球阀的开启 ，实现通道的加载或卸载。伺 服阀选用上海船舶设备研究所生产的射流管型电液伺 服 阀 ， 靠 射流喷 嘴 喷射工 作 液 ，将压 力 能变 成 动能 ， 控制两个接受孔获得能量的比例来进行力的控制，具 有抗污染性强、可靠性强、使用寿命长等特点。 3 系统软件设计 L a b Wi n d o w s ／ C V I 以 A N S I C 为 核 心 ，将 功 能 强 大、使用灵活的 c语言平 台界与用于数据采集 、分 析和表达的测控专业工具有机地结合起来。它的集成 化开发平台、交互式编程方法、丰富的功能面板和函 数库大 大增 强 了 C语 言 的功 能 ，是 数 据采 集 系统 、 过程监控系统 、测试 系统理 想的软件开发环境 。 系统软件以 L a b Wi n d o w s ／ C V 1 为平台，主要 由 5 个功能模块组成 接 口驱动模块、系统 自校准标定模 块、在线校准模块、数据管理模块组成 ，其软件实现 过程具体如下 3 ． 1接 口驱 动模 块 ’ 3 ． 1 ． 1 R S 2 3 2通信 工控机和吉时利 2 0 0 0型数字万用表之间的通信 采用标准的 R S 2 3 2 ，R S 2 3 2是美国电子工业协会 E I A 制定的一种串行物理接 口标准。作为 L a b Wi n d o w s ／ C V I 的标准函数库之一，R S 2 3 2函数库提供了丰富的 串口通信控制函数和 I ／ 0函数，按照功能可以划分为 打开／ 关闭函数、I ／ 0读写函数、调制解调器控制、 串口设置、寄存器状态函数、回调函数等。该系统通 过 R S 2 3 2接口的操作函数实现对吉时利 2 0 0 0型数字 万用表 的设置控制及读数操作 。 部分源代码如下 c o m o p e n O p e n C o mC o n fi g 1 ，” ” ， 9 6 0 0 ， 0 ， 8 ， 1 ， 5 1 2 ， 5 1 2 ； ／ ／ 串口打开函数 C l o s e C o m 1 ； ／ ／ 串 口的关 闭函数 ／ ／通过计算机对吉时利 2 0 0 0数字繁用表进行设 置 s t r c p y s e n d s t r ， ” V O L T D C R A N G A U T O 1＼ n ” ； ／ ／仪表设置为 a u t o模式 n S t r i n g L e n g t h s e n d s t r ； C o m Wr t 1 ， s e n d s t r ， n ； s t r c p y s e n d s t r ， ” V OL T DC AV E R T C O N MO V I N G＼ n ” ； ／ ／ 仪表设置为滑动滤波 n S t r i n g L e n g t h s e n d s t r ； C o m Wr t 1 ， s e n d s t r ， n ； s t r c p y s e n d s t r ， ” V O L T D C ’ A V E R C O U N 3 0＼ n ” ； ／ ／ 滑动滤波因子为 3 0 n S t r i n g L e n g t h s e n d s t r ； C o m Wr t 1 ， s e n d s t r ， n ； ／ ／ 计算机读取吉时利 2 0 0 0数字繁用表数据 s t r c p y s e n d s t r ， ” d a t a ＼ n ” ； n S t r i n g L e n g t h s e n d s t r ； C o m Wr t 1 ， s e n d s t r ， n ； C o m R d 1 ， r e c ， 1 8 ； C o p y S t r i n g r e a d d a t a ， 0 ， r e c ， 0 ， 1 8 ； 3 ． 1 ． 2 L a b Wi n d o w s ／ C V I 对 D ／ A板卡的操作 P C I - 7 4 6 4板卡提供 Wi n 2 0 0 0 ／ X P ／ N T下的函数及 测试程序 ，但没有提供 L a b wi n d o w s ／ c V I 环境下的相 关 函数 。对此作 者利用 L a b wi n d o w s ／ C V I 基于 C语 言 的内核 ，编 制 L a b Wi n d o w s ／ C V I 环 境 下 动 态链 接 库 ， 然后通过调用动态链接库，实现了对 P C I - 7 4 6 4板卡 的数模转换操作 。动态链接库源代码如下 y X}6 5 5 3 5 ／1 0； k i n t Y ； z l k ／ 2 5 6 ； ／ ／ 转化为 1 6进制的高 8位 z 2 k ％2 5 6 ； ／ ／ 转化为 1 6进制的低 8 位 o u t p 0 x C 4 0 4 ， z 2 ； ／ ／ 送低 8位 第 2 0期 张荣军 等基于 L a b Wi n d o w s ／ C V I 的伺服液压轨道衡校验系统的程序设计 9 3 p v a l u e k p e [ w] ； i v a l u ek i s u me ； d e v a l u e sk d v e r r ； p v a l u e k p e [ w] k l ； i v a l u ek i s u me k 2 d v a l u ek d v e I T k 3 o u t d a t a p v a l u ei v a l ued v a l u e o u t s i g n P P o u t d a t a 3 ． 4数 据 管理模 块 数据管理模块 主要 功 能 实现 校验数 据 的存储 、 处理、回访、打印。L a b Wi n d o w s ／ C V I 提供 了丰富的 D D E函数库，包含服务器类 函数、客户类函数和检 查错误 函数 。此软 件采用 了 L a b wi n d o w s ／ C V I 的动 态 数据交换 技 术 D D E ，通过 D D E函数 实现 了和 其 他程序 Mi c r o s o f t E x c e 1 的数据交互 ，借助 M i c r o s o f t E x c e l 的强大功能实现了数据的处理、回访、打印。 L a u n c h E x e c u t a b l e C ＼ P r o g r a m F i l e s ＼ Mi c r o s o f t O f - ri c e ＼ e x c e 1 ； ／ ／ 启动 E x c e l s t a t u s C o n n e e t T o DD E S e r v e rs y s t e ml i n k， ”e x c e l ” ， ” s y s t e m” ， C l i e n t C a l l b a c k ， 0 ／ ／ 建立 程 序 和 E x c e l 的连接 Ca s e DDE D A T A R E A D Y ／ ／ 接收 E x c e l 发送 的数 据 ； s t a t u s C l i e n t D DE Wr i t e d a t a l i n k， ” R1 C1 R S O C 1 ”， CF _T EXT， d a t ab u f e r ， s t r l e n d a t a b u f f e r ， 1 0 0 0 ； ／ ／ 向 x l s 文件发送数据 s t a t u sC l i e n t D D E E x e c u t e s y s t e m l i n k ， c o m m a n d ， 0 ； ／ ／ 关闭 x l s 文件 4 结束语 伺服液压轨道衡校验的系统是集通信、I ／ O控 制、D ／ A转换 、模糊数字 P I D控制等于一体的综合 液压 校 准 平 台。系 统 软件 开 发 利 用 了 L a b Wi n d o w s ／ C V I 集成化开发平 台、交互式编程方 法 、强大 的函数 功能及图形用户接口 G U I 功能 ，实现了大型衡器 高精 度 、快 速校验 。 目前 ，该系统 已成功应用于 国内多家大型钢铁企 业 ，通 过 计 量 部 门 的 计 量 检 定 ，加 载 精 度 优 于 0 ． 1 ％ ，量程段力值稳定时间大于 3 0 S 。实际应用表 明系统具有加载力值精度高，力值稳定性能 良好 、 高安全可靠性、操作方便、校秤效率高等优点，完全 能够 满足大型衡器 的校验要求 。 参考文献 [ 1 ]陆军华 ， 兰诗涛， 王文， 等． 液压式力标准机的自动控制 研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 4 5 8 08 1 ． [ 2 ]宋宇峰． L a b Wi n d o w s ／ C V I 逐步深人与开发实例[ M] ． 北 京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ]全国衡器标准化技术委员会． G B ／ T 1 5 5 6 1 - 2 0 0 8静态电 子轨道衡 [ s ] ． 北京 中国标准出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ]刘长年． 液压伺服系统分析与设计[ M] ． 北京 科学出版 社 ， 1 9 8 5 ．