基于泓格Wincon8000的機(jī)械高壓液壓設(shè)備測試系統(tǒng)的研制

1 需求概述 隨著液壓技術(shù)的迅速發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域的日益廣泛，對液壓元件、組件和系統(tǒng)的品種及性能的要求愈來愈高，相應(yīng)地對液壓測試技術(shù)提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為測控技術(shù)在液壓附件測試設(shè)備中的應(yīng)用開辟了新的途徑。液壓設(shè)備的性能及可靠性，主要取決于系統(tǒng)的各部件及附件的性能。由于液壓技術(shù)的不斷進(jìn)步和設(shè)備使用要求的不斷提高，液壓泵更多地采用了新技術(shù)、新工藝，其壓力和流量也相繼提高，如此帶來了參數(shù)精確測量、多型泵兼容和系統(tǒng)穩(wěn)定性等問題。因此，為了確定和考核液壓系統(tǒng)及其組成元件的完整的性能參數(shù)、品質(zhì)指標(biāo)等進(jìn)行的測試，測試工作也就需要滿足更高的要求。為了適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到液壓元件的高精度測試精度，采用泓格公司的WinCE－Based帶有工業(yè)Ethernet接口的新型模塊Wincon8000作為主要現(xiàn)地測試單元，構(gòu)成了分布式的液壓測試系統(tǒng)。基于WinCon8000的測試原理圖見圖1所示。 2 高壓液壓泵測試系統(tǒng) 在研究、設(shè)計(jì)新型高壓液壓泵時(shí)，必須對液壓泵進(jìn)行型式試驗(yàn)。型式試驗(yàn)內(nèi)容有： ① 結(jié)構(gòu)完整性試驗(yàn)，包括氣密性、外滲漏、耐壓及疲勞等試驗(yàn)； ② 工作性能試驗(yàn)，包括排量驗(yàn)證、效率、變量特性、自吸、噪聲等試驗(yàn)； ③ 耐久性試驗(yàn)，包括高溫、超速、超載、沖擊、連續(xù)超載、連續(xù)滿載等試驗(yàn)。普通液壓試驗(yàn)臺利用二次儀表測量流量、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、壓力等參數(shù)，直接或通過計(jì)算間接測出液壓泵的工作性能特性。 由于測量參數(shù)多、測點(diǎn)分散，加大測量強(qiáng)度，耗時(shí)長；同時(shí)，由于測量參數(shù)讀數(shù)的時(shí)間差會引入誤差影響測量精度；此外，在進(jìn)行高壓液壓泵耐久性試驗(yàn)時(shí)，測試時(shí)間長，功率消耗極大。本研究根據(jù)高壓液壓泵型式試驗(yàn)特點(diǎn)，利用1 臺微機(jī)、三臺Wincon8000及相應(yīng)的傳感器，實(shí)現(xiàn)高壓液壓泵型式試驗(yàn)計(jì)算機(jī)輔助測試；采用泵的功率回收液壓回路，使測試功率得以回收，達(dá)到降低測量強(qiáng)度、提高測試精度以及節(jié)能的目的。 高壓液壓泵試驗(yàn)臺動(dòng)力驅(qū)動(dòng)選用雙出軸直流電機(jī)，配以相位控制晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，該調(diào)速系統(tǒng)采用三相橋式全控電流小閉環(huán)和速度大閉環(huán)組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速，滿足高壓液壓泵測試調(diào)速精確、平穩(wěn)、需經(jīng)常變速、機(jī)械特性硬等的要求。

圖1：基于WinCon8000的測試原理圖 3　測試基本原理 3．1 基于Wincon8000的測控系統(tǒng)的組成 基于Wincon8000的測控系統(tǒng)主要包括一臺上位機(jī)，三臺WinCon8000及其8K系列的I/O模塊，信號放大電路，ZAZP型電動(dòng)直通單座調(diào)節(jié)閥，DF型先導(dǎo)式電磁高壓油閥，高精密液壓傳感器SR345等幾部分。 3．2 控制過程 首先，由上位機(jī)給三臺現(xiàn)地控制單元泓格ICPDAS WinCon-8331-G 緊湊型嵌入式控制系統(tǒng)發(fā)出測試指令，三臺Wincon8000的ICPDAS I－8017MR 8K實(shí)時(shí)采集由液壓傳感器發(fā)送來的與被試泵油腔內(nèi)的油壓相對應(yīng)的電壓信號，并將這一電壓信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換變成數(shù)值量，經(jīng)數(shù)值處理，通過計(jì)算得到數(shù)值控制量。然后，將數(shù)值控制量經(jīng)ICPDAS I－8024 8K轉(zhuǎn)換模塊變成相應(yīng)的模擬控制電壓及經(jīng)ICPDAS I-8050 8K輸入/出數(shù)字信號控制電磁閥，最終達(dá)到被控液壓恒定。測試原理圖見圖2所示。

圖2：測試原理圖 3．3 實(shí)時(shí)控制算法 針對控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制要求及控制系統(tǒng) 的純滯后和慣性時(shí)間較長，動(dòng)態(tài)參數(shù)未知，被控對象經(jīng) 常處在隨機(jī)擾動(dòng)作用之下等特點(diǎn)，通過綜合考慮，采用了最小方差自校正控制算法，即最小方差自校正控制器。 最小方差自校正控制器是按最小輸出方差優(yōu)化性 能指標(biāo)綜合自校正控制律，采用遞推最小二乘參數(shù)估 計(jì)方法，直接估計(jì)控制器參數(shù)。由二部分組成，第一部 分是控制器參數(shù)估計(jì)器，第二部分是自校正控制器。 其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 硬件系統(tǒng) 4．1 WinCon8000 根據(jù)測試系統(tǒng)對現(xiàn)地控制單元的要求，選擇WinCon－8331－G緊湊型嵌入式控制系統(tǒng)。WinCon-8000具有信號模塊插槽，與PLC等控制器相同的架構(gòu)，主機(jī)為PC硬件及WinCE操作系統(tǒng)，如此巧妙地變成使用PC的環(huán)境，但是具有PLC控制信號的功能，此為一機(jī)兩面的“PC＋PLC”組合體。信號模塊包含模擬量信號（Analog）、開關(guān)量信號（Digital）等多種規(guī)格的產(chǎn)品。在WinCon8000內(nèi)部預(yù)裝Windows CE.NET，由于Windows CE. NET是個(gè)強(qiáng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，就產(chǎn)生了一個(gè)強(qiáng)有力的控制解決方案。WinCon-8000系列是一個(gè)無盤的實(shí)時(shí)控制平臺，它是傳統(tǒng)的PLC和Windows PC機(jī)的強(qiáng)強(qiáng)整合體。 4．2 A/D模塊：ICPDAS I-8017MR 8K模擬量輸入模塊 ? 單通道查詢模式：100KHz； ? 8通道掃描模式：8KHz； ? .輸入帶寬：40KHz； ? 分辨率：14位； ? .輸入類型：差分； 4．3 D/A模塊：泓格ICPDAS I-8024 8K模擬量輸入/輸出模塊 ? 4路光電隔離模擬量輸出模塊； ? 電壓輸出：?10V ? 電流輸出：0～20mA/4～20mA ? 隔離：3000VDC 4．4 DI/O模塊：泓格ICPDAS I-8050 8K開關(guān)量模塊 ? 開關(guān)量輸入/輸出通道數(shù)：16 ? 輸入/輸出類型：由路線選擇 ? 開關(guān)量輸入： 2V(0)， 4V~30V(1) ? 開關(guān)量輸出：集電極開路輸出：125mA/路 5 系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件采用基于Windows2000的Visual C＋＋開發(fā)，并加以SQL Sever數(shù)據(jù)庫，并加載泓格公司提供的Wincon8000的OPC服務(wù)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的管理程序。系統(tǒng)程序框架見圖4所示。 WinCon8000現(xiàn)地單元的程序開發(fā)在其內(nèi)部的WinCE的平臺上利用Visual Basic .NET工具開發(fā)，泓格提供了大量的例程，編程較為簡單。

圖4：系統(tǒng)軟件架構(gòu) 6 結(jié)束語 泓格公司的WinCE－Based的WinCon-8000控制器是標(biāo)準(zhǔn)的信息架構(gòu)，且泓格公司提供了驅(qū)動(dòng)I/O信號的能力，利用Wincon8000架構(gòu)測控系統(tǒng)具有PLC與PC的雙重優(yōu)勢。由于WinCE操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性以及穩(wěn)定性，基于WinCE的控制器是將來工業(yè)控制領(lǐng)域的一種發(fā)展趨勢。本系統(tǒng)利用Wincon8000架構(gòu)的機(jī)械高壓液壓設(shè)備測試系統(tǒng)便是的一個(gè)較為典型的應(yīng)用。