基于虚拟仪器的液压检测系统设计.pdf

2 0 1 3年 5月 第4 1 卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T O0L HYDRAUL I CS Ma v 2 01 3 Vo l _ 41 No ．1 0 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 0 ． 0 4 5 基于虚拟仪器的液压检测 系统设计 冯江涛， 第二炮兵工程 大学， 郭晓松 陕 西西安 7 1 0 0 2 5 摘要基于虚拟仪器技术设计了一套液压自动检测系统，分析了虚拟仪器技术的特点和液压系统的原理，对检测硬件 进行了选型。用图形化语言 L a b V I E W 编写的程序直观，操作简便，可扩展性强。通过分析比较得出虚拟仪器技术应用于液 压系统检测具有很大优势。 关键词 液压系统 ；自动检测 ；虚拟仪器 中图分类号T H1 3 7 ． 7 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 01 3 3 4 Hy d r a ul i c Te s t i n g S y s t e m De s i g n Ba s e d o n Vi r t u a l I ns t r ume nt F E NG J i a n g t a o ，GU0 Xi a o s o n g T h e S e c o n d A r t i l l e r y E n g i n e e r i n g 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 2 5 ， C h i n a Ab s t r a c t A h y d r a u l i c a u t o ma t i c d e t e c t i o n s y s t e m b a s e d o n v i r t u a l i n s t r u me n t t e c h n o l o g y wa s d e s i g n e d，a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e v i r t u al i n s t r u me n t t e c h n o l o gy a n d t h e p r i n c i p l e s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m w e r e a n a l y z e d ．T h e t e s t i n g h ard w are Was s e l e c t e d ．P r o g r a ms u s e d t h e g r a p h i c al l an g u a g e L a b VI E W w e r e i n t u i t i v e ，e a s i l y o p e r a t e d a n d s t r o n g l y s e ala b l e ． T h e c o n c l u s i o n thr o u g h c o mp a r i s o n a n d a n aly s i s i s t h a t t h e v i r t u a l i n s t r u me n t t e c h n o l o gy u s e d i n t h e t e s t i n g o f h y d r a u l i c s y s t e m h as a gre a t a d v a n t a g e ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c s y s t e m ；Au t o ma t i c t e s t i n g；Vi rt u al i n s t r u me n t 液压传动具有质量轻、可以无级调速等优点，已 广泛应用于工业生产的各个领域。但是由于液压传动 结构复杂，内部状态难以直接观测 ，单凭感官和经验 判断故障发生的位置难度较高。将虚拟仪器技术应用 于液压检测中可以实现状态的自动检测和分析，测量 精度和速度较高，系统性能稳定、操作简洁明了，具 有强大的人机交流功能 ，虚拟仪器技术已成为液压系 统 自动检测 的一个 主要发展方 向。 1 虚拟仪器技术的特点 虚 拟仪 器 技 术 是 在 通 用 计 算 机 平 台上 ，根 据 现实需求定 义和设计仪器功能 ，使用 者在操作计 算机时 ，就像是在操作 真实检测仪器一样 。虚拟 仪 器 由计 算 机 、软件 和 硬 件 三 部 分 构 成 ，其 中软 件是虚拟仪器技术的核心。虚拟仪器技术主要有 3 个 特 点 1 功能完全 由用户 自己定 义 。程序 组建灵 活 、 效率 高 、开发周 期短 、维护方 便。 2 良好 的人机交互界面。虚拟仪器技术充分 利用计算机强大的运算、存储 、回放、显示等功能， 信号的采集和分析处理结果显示直观，可操作性强。 3 采用模块化的结构 ，模块之间用标准的总 线连接起来 ，形成一套完整的系统，性能比其他硬件 高 。 2 系统组成 2 ． 1 液压 系统 原理 液压 系统原 理如 图 1 所示 。 图 1 液压系统原理图 该液压系统可 以实现 多种功 能 ，易 于实现扩 展 ， 可移植性强 ，主要 由定量泵 、比例溢流 阀、电液 比例 换 向阀、液压缸 、双 向液压锁等元件组成 。通过在不 收稿 日期 2 0 1 2 0 42 8 作者简介 冯江涛 1 9 8 9 一 ，男 ，硕士研究生 ，研究方 向为 自动检测与故障诊断。E m a i l f e n t 2 9 1 0 8 2 2 1 7 1 2 6 。 c o m。 1 3 4 机床与液压 第 4 1 卷 同位置安装各种物理量的传感器可以实现状态的实时 监测 。 该系统共有 3个油缸，分别实现不同的动作，起 竖油缸 用 以将负 载支撑起来 ，水平油缸实现负载水平 动作，支腿油缸支撑整个系统并实现调平功能。系统 工作时，起竖油缸先启动，推动负载起竖到一定的角 度时 ，水平 油缸启动 ，实现组 合运 动 ，负载 到位 后 ， 支腿油缸启动进行系统的调平。 2 ． 2检 测 系统硬件 构 成 检测 系统硬 件 连 接如 图 2所 示 其 中 P X I 一 1 0 4 4 是 1 2槽的机箱 ，是一 种低成本 、紧 固式 的 P X I 机箱 ， 有适用于工业系统的模块化体系和坚固的结构，能在 有噪声、潮湿、振动、倾斜 的恶劣环境下正常运作。 P X I 2 5 9是一块高速、多功能P X I 数据采集卡，提供 3 2路单端、1 6路差分模拟输入，4路模拟输出和 4 8 路数字 I ／ O，具 有强 大 的数 据采 集和 系统 控制能 力 。 P X I 4 4 7 2是动态数据采集模块 ，适合用于声音及振 动的检测 。S C B - 6 8 是 一款屏 蔽式 I ／ O接 线盒 ，有 6 8 针连接端 口，用以将传感器输入信号连往 P X I - 6 2 5 9 数据采集 卡 ，结合 屏蔽 式 电缆 时 ，S C B -6 8可提供 坚 固且噪声极低的信号终端。 计算机 控制 软 件 1 L PXI ． 1 0 4 4 机箱 P X1 - 6 2 5 9 P XI ． 6 2 5 9 PXI 一 4 4 7 2 』L J L ★ ● S C B 一 6 8 S C B 一 6 8 振l 1 振 ● ● ● 动 l l 动 压 流 位 角 倾 I l 力 量 移 度 角 器 l l 器 传 传 传 传 传 I l 感 感 感 感 感 器 器 器 器 器 图 2 检测系统硬件连接图 压力传感器选 用 C S P T 3 0 0系列压 力变 送器 ，量 程为 3 5 M P a ，输 出4～ 2 0 m A电流 ；流量传感器选用 L WG B ． 1 5系列涡轮流量传感器 ，输 出 4～2 0 mA电 流 ；角度传感器选用倍加福公司生产的 F S S 5 8单圈绝 对型编码器 ，具有 单 圈 1 3位 的测 量精度 ；水平油缸 位移传感器选择巴鲁夫位移传感器 ，量程 1 7 0 0 m m， 输出01 0 V电压 ；支腿位移传感器选用 L E C 1 5 0拉 线型位移传感器，测量行程为 5 0 0 m m，输出0～ 5 V 电压 ；倾角传感器选用 S S T 2 4 0倾角传感器 ，电压输 出 0 ． 5 4 ． 5 V。 系统工作原理振动传感器将振动信号转换为 加速度信号传输至 P X I 4 4 7 2采集卡 ，其它传感器将 物理信号转换为电压信号 ，经 S C B - 6 8接线盒传输至 P X I 2 5 9采集 卡 ，最后 由 P X I 一 1 0 4 4机 箱将 采 集信 号 传输至主控计算机进行处理。 3 软 件 实现 3 ． 1软件 的选择 目前较流行的虚拟仪器软件有两类一类是图形 化 的编程 语 言 ，如 H P V E E 、L a b V I E W 等 ；另 一类 是 文本 式 的 编 程 语 言 ，如 V i s u a l C 、L a b Wi n d o w s ／ C V I 等。该检 测 系统选 择 N I 公 司 的 L a b V I E W 软件 ， 它是一个 图形化编程软件 ，设计者无须编写文本 格式 的代码 ，具有用户 自定义界面和数据流编程风格 ，是 一 个开放式的虚拟仪器开发系统应用软件。主要有以 下优势 1 将 P C机与各类 I ／ O硬件无缝结合 ，用 户可 以从底层硬件 中解放出来 ，专 注于系统 的开发 。 2 内置各 个工 程领域 的工具 包 ，可 简化 应用 程序 的开发 。比如高级信号处理工具包 、声 音与振 动 工具包 、控制设计工具包 、报表生成工具包等等 。 3 数据 视觉 化和用 户界面设 计简 便。L a b V I E W 中包含完整 的拖放式输 入控件 和显示控 件 ，用 户能够快速轻松地创建用户界面并有效显示结果 ，而 无需集成第三方组件或从头创建视 图。 3 ． 2 信号采集和分析程序 3 ． 2 ． 1 信号采集程序 信号采集是将被测对象的物理量通过传感器件转 换为电信号后 ，再经调理、采样、量化、编码、传输 等步骤送 到 控制 器进 行数 据 处理 或存 储 的过 程 。在 L a b V I E W 中 ，可以方便 、快速地利用 D A Q助手 V I 完 成测 量任务及参数 的设置 ，只要根据弹 出的对话框按 实际需要 进行 配 置 即可 。但 是 D A Q助 手 不够 灵 活 ， 该系统采用 D A Q m x信号采集子 V I 根据实际要求进行 灵活配置。 信号采集程序前面板和程序框图如图3 、 4所示， 该检测系统 中，主要是模 拟电压 的输入 ，其 中输 出电 流信号 的传感器只需要在其输出接一个 电阻即可转换 为 电压信号 。前面板主要功能有 1 采集参 数 配置 ，包括 采样 率 、每通 道采 样 数 、虚拟物理通道 、输入 接线端 配置等 。 2 直观地对信号进行观察。流量和水平缸位 移信号采用波形图表直观显示 ；压力采用量表模拟压 力表进行显 示 ；报 警功 能 ，当压力 超 过指 定 的压 力 时 ，产生声光报警以提醒人员进行处理 ；数值 显示 控 件显示支腿伸出位移。 3 数据的存储。当需要存储数据时，按下开 始存储按钮完成数据的保存。