韓 英，顧永清

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

基于工業(yè)自動(dòng)控制的土工壓縮試驗(yàn)自動(dòng)系統(tǒng)

韓 英，顧永清

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

利用工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備組建自動(dòng)土工壓縮試驗(yàn)系統(tǒng)，通過編制控制軟件進(jìn)行土工壓縮試驗(yàn)的自動(dòng)控制。

自動(dòng)控制；土工壓縮試驗(yàn)；控制軟件

1 前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)控制設(shè)備的迅速普及，使得自動(dòng)化控制逐漸深入到各個(gè)領(lǐng)域，從大型的工廠自動(dòng)化逐漸應(yīng)用到工程機(jī)械、試驗(yàn)儀器設(shè)備等眾多領(lǐng)域，極大地改善了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了人為誤差，提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

巖土工程試驗(yàn)中的常規(guī)土工壓縮試驗(yàn)，需要試驗(yàn)人員每隔1h對(duì)土樣壓縮的位移進(jìn)行讀數(shù)記錄、計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果的位移差值，不定期增加土樣壓力砝碼，勞動(dòng)強(qiáng)度大，時(shí)間長(zhǎng)，既簡(jiǎn)單又枯燥，同時(shí)由于試驗(yàn)的連續(xù)性，需要試驗(yàn)人員長(zhǎng)期堅(jiān)守，計(jì)算大量的枯燥數(shù)據(jù)，頻繁的砝碼裝卸，更使得試驗(yàn)人員身心疲憊，這大大地增加了試驗(yàn)人員造成讀數(shù)、計(jì)算誤差的機(jī)率。

基于以上情況，為了改善工作人員的工作條件，減少人為誤差，依托現(xiàn)有工業(yè)自動(dòng)化控制設(shè)備和軟件，以及計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算和通訊技術(shù)，結(jié)合先進(jìn)的光柵微位移檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，對(duì)土工壓縮試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)特點(diǎn)如下：①試驗(yàn)整個(gè)過程中，各種數(shù)據(jù)的采集、記錄自動(dòng)進(jìn)行；②土樣升壓、穩(wěn)壓過程全自動(dòng)進(jìn)行，不需人工干預(yù)；③采用高精度光柵位移百分表，直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸，精度高，不存在傳輸誤差和靜態(tài)漂移；④土樣加壓采用高強(qiáng)度低阻力氣缸，壓力大，體積小，重量輕；⑤運(yùn)行過程中各種數(shù)據(jù)可隨時(shí)查詢，并可生成曲線進(jìn)行分析、比較；⑥能自動(dòng)生成EXCEL格式的試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表，并按試驗(yàn)結(jié)束時(shí)間自動(dòng)存儲(chǔ)；⑦土工壓縮試驗(yàn)在開始試驗(yàn)后，自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，試驗(yàn)完成后自動(dòng)停止加壓，并發(fā)出音響報(bào)警，提示工作人員卸樣，加下一組試樣；⑧整套試驗(yàn)系統(tǒng)較常規(guī)試驗(yàn)系統(tǒng)，重量大大減輕，由于采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)拆裝方便，適合移動(dòng)、重新組建。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

整套試驗(yàn)系統(tǒng)按設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可分為軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)構(gòu)成，其中軟件系統(tǒng)由：通用系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件、VB光柵百分表數(shù)據(jù)接收軟件、PLC可編程控制軟件構(gòu)成；硬件系統(tǒng)由氣泵、32套加壓氣缸組件、32套土通用土工壓縮銅制結(jié)構(gòu)件、32個(gè)數(shù)顯光柵百分表、西門子S7-200可編程控制器、4臺(tái)壓力變送器、脈沖氣壓控制電磁閥及緩沖氣瓶等構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

每套試驗(yàn)系統(tǒng)同時(shí)可進(jìn)行4組土樣檢測(cè)，每組可檢測(cè)8個(gè)土樣，當(dāng)一組中所有土樣在試驗(yàn)壓力下位移全部穩(wěn)定在規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)，系統(tǒng)自動(dòng)升壓，當(dāng)升壓到下一檢測(cè)壓力，自動(dòng)穩(wěn)定在該壓力下進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)布局見圖2。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行軟件及功能畫面

(1)系統(tǒng)監(jiān)控軟件組成結(jié)構(gòu)。

自動(dòng)土工試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分為啟動(dòng)、初始設(shè)置、每組監(jiān)控操作畫面、每組試驗(yàn)結(jié)果報(bào)表畫面、每組運(yùn)行實(shí)時(shí)記錄報(bào)表畫面以及運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)查詢和運(yùn)行歷史趨勢(shì)分析等，軟件組織流程結(jié)構(gòu)見圖3。

(2)系統(tǒng)軟件實(shí)際監(jiān)控主要畫面。

監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)畫面見圖4。

系統(tǒng)初始設(shè)置畫面見圖5。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)果存檔文件

在本系統(tǒng)中，試驗(yàn)成果表中試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)在每個(gè)壓力穩(wěn)定后，自動(dòng)記錄填入表內(nèi)，表中工程名稱和土樣編號(hào)在運(yùn)行過程中工作人員可隨時(shí)手工輸入，這樣便于工程管理。試驗(yàn)成果表和實(shí)時(shí)報(bào)表的文件存檔分為手工存檔和自動(dòng)存儲(chǔ)，手工存檔可在報(bào)表畫面中按相應(yīng)人工存儲(chǔ)按鈕來存儲(chǔ)，一組土樣檢測(cè)完后或在系統(tǒng)人為退出時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成以存儲(chǔ)時(shí)間命名的EXCEL表格的文件，存于計(jì)算機(jī)D盤的D:土樣檢測(cè)結(jié)果第*(1-4)組目錄下，以便于文件查閱和數(shù)據(jù)查詢。

這種設(shè)計(jì)，極大的避免了因人為誤操作導(dǎo)致的試驗(yàn)數(shù)據(jù)丟失問題，也極大的方便了工程技術(shù)人員更好的對(duì)土樣試驗(yàn)全部過程的了解，為一些特殊土樣的準(zhǔn)確判斷，提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，使試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確、可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)土工壓縮試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，將實(shí)驗(yàn)人員從繁瑣的人工勞動(dòng)中解放出來，提高了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。歷史數(shù)據(jù)記錄和查詢功能，可以讓工程技術(shù)人員更好地分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便準(zhǔn)確判斷土樣特性；歷史趨勢(shì)分析功能，為工程技術(shù)人員提供了多個(gè)土樣特性對(duì)比分析環(huán)境，為綜合判斷地層變化提供了直觀比較手段；通用的EXCEL結(jié)果數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)，為試驗(yàn)數(shù)據(jù)同其他工程軟件共享提供了良好基礎(chǔ)。

TU411.5

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1007-9386(2010)02-0063-02

2009-11-30