曾鵬，鄧江洪，沈雄偉

(1. 江漢大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430056;2. 武漢科技大學(xué)機械自動化學(xué)院，湖北武漢430081)

液壓伺服油缸是電液伺服系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，也是軋機液壓AGC 系統(tǒng)的核心設(shè)備，軋機伺服油缸工作時具有軋制力大、行程短、頻率響應(yīng)高等特點。深入掌握伺服缸的性能對停產(chǎn)檢修、提高產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命都顯得十分必要。為了實現(xiàn)大型伺服缸測試系統(tǒng)的計算機全自動數(shù)字化測試，對整個測試過程進(jìn)行有效的管理，完成試驗數(shù)據(jù)的采集和處理，此次介紹了一種原理簡明、測試功能齊全的系統(tǒng)，并采用目前主流編程軟件Visual C++6.0 進(jìn)行了測試軟件開發(fā)。

1 測試系統(tǒng)

1.1 測試項目

此套測試系統(tǒng)的主要測試對象是大型的液壓伺服油缸，為了系統(tǒng)而全面地掌握各種伺服缸的性能，該系統(tǒng)中設(shè)計了如下的測試項目:

(1)空載往復(fù)及全行程試驗

進(jìn)行行程檢測，初步檢查裝配是否良好;空載往復(fù)運動數(shù)次，運動應(yīng)靈活自如。

(2)耐壓試驗

活塞腔加試驗壓力，活塞桿側(cè)加背壓，閉式機架加載，檢查液壓缸有無外泄漏、內(nèi)泄漏，機械結(jié)構(gòu)強度是否滿足要求。

(3)空載啟動壓力測試

在0 ～0.5 MPa 內(nèi)測試，并打印測試報告和測試曲線。

(4)帶載動摩擦力測試

在加載條件下測試液壓缸動摩擦力，并打印測試報告和測試曲線。

(5)頻率特性測試

在0 ～50 Hz 范圍內(nèi)進(jìn)行幅頻和相頻特性測試，并打印測試報告和測試曲線。

(6)階躍響應(yīng)測試

在0 ～1 000 ms 范圍內(nèi)進(jìn)行階躍響應(yīng)測試，并打印測試報告和測試曲線。

1.2 測試原理

此套測試系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)由三部分組成:耐壓實驗測試系統(tǒng)、主測試系統(tǒng)、循環(huán)冷卻過濾系統(tǒng)，可以對不同規(guī)格的普通伺服油缸與AGC 伺服油缸進(jìn)行以上項目的測試。其主測試系統(tǒng)液壓原理圖如圖1所示。

測試系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)則由電氣操作臺、電機啟動柜、直流電源、可編程控制器PLC 以及各種報警發(fā)訊裝置等檢測系統(tǒng)件構(gòu)成。開關(guān)柜控制整個系統(tǒng)的電力配送;油泵電機組控制柜對液壓泵、加熱器等大功率器件進(jìn)行啟動與停止控制;通過操作控制臺面板上的開關(guān)、按鈕輸入各種指令，由可編程控制器(PLC)對測試系統(tǒng)油源啟動、停止、污染、溫控、安全聯(lián)鎖、報警、測試選擇等功能進(jìn)行自動控制。

圖1 液壓系統(tǒng)原理簡圖

計算機測控系統(tǒng)主要由儀器柜、傳感器系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、比例壓力控制系統(tǒng)和計算機數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)構(gòu)成。儀器柜內(nèi)主要安裝伺服控制相關(guān)儀器和信號調(diào)理電路;工控計算機與儀器柜連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和設(shè)備控制;測控軟件采集及處理實驗信號，輸出實驗數(shù)據(jù)。其框圖如圖2 所示。

圖2 測控系統(tǒng)框圖

2 軟件開發(fā)

2.1 系統(tǒng)要求

該軟件要求計算機的CPU 主頻2.0 Hz 以上，內(nèi)存256 MB 以上，硬盤40 GB 以上，屏幕分辨率1 024像素×768 像素，采用Windows XP 等操作系統(tǒng)。

2.2 軟件開發(fā)要點

此套軟件由系統(tǒng)管理軟件、應(yīng)用程序、設(shè)備驅(qū)動軟件構(gòu)成，分為參數(shù)設(shè)置、測試、結(jié)果處理、幫助和退出系統(tǒng)五部分，是在Windows XP 操作系統(tǒng)下利用VC++6.0 的MFC 以面向?qū)ο蠓绞竭M(jìn)行的編程。此軟件采取了自頂向下的層次結(jié)構(gòu)法和自底向上的程序編制法，其主控制程序可分為三大模塊，結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 測試軟件模塊結(jié)構(gòu)圖

在編制伺服缸動態(tài)測試模塊時，需考慮由于正弦激勵信號的頻率是不斷變化的，根據(jù)采樣定理，A/D采樣的采樣率也是相應(yīng)變化的，故而需要進(jìn)行動態(tài)掃頻，其過程如圖4 所示。

圖4 動態(tài)掃頻

然而，在實際測量時，測量的點是特定的、有限的，故而必須考慮采樣失真問題。根據(jù)香農(nóng)采樣定理，保證不失真的條件是采樣頻率至少是輸出信號最高頻率的兩倍(K≥2)。但同時考慮到D/A 輸出波形的失真問題，K 值一般取6 ～60。除此之外，掃描點數(shù)的選擇也是關(guān)鍵所在，太少易失真，太多加大了計算時間。只有充分考慮到這兩點，測試軟件才能具有信號濾波功能。

2.3 軟件的基本功能簡介

在安裝數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序及此測試系統(tǒng)軟件等程序后，用戶通過操作此測試軟件，可以進(jìn)行測試項目選擇、參數(shù)設(shè)置、測試過程控制。同時軟件具有信號數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存盤、處理分析、曲線顯示、曲線繪圖輸出、試驗報告生成等功能。從功能上看，軟件共具有六大功能單元，分別為頻率響應(yīng)測試、階躍響應(yīng)測試、動摩擦力測試、啟動摩擦力測試、板卡測試以及退出測試程序，如圖5 所示。

軟件的主要功能與設(shè)計原則:

(1)每一個功能單元都是相對獨立的，方便進(jìn)行各項測試或退出，并且可以通過測試界面左側(cè)的按鈕進(jìn)行單元選擇。

圖5 測試界面

(2)因各單元測試項目不同，因此在各單元測試界面都設(shè)計了相應(yīng)的參數(shù)輸入?yún)^(qū)，以便輸入?yún)?shù);同時也設(shè)計了實時曲線和實時數(shù)據(jù)及計算結(jié)果輸出區(qū)域，真正做到了實時監(jiān)控;最后為了方便管理，也相應(yīng)地設(shè)計了讀取數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)、打印預(yù)覽功能，并且能夠記錄測試項目及時間。

2.4 測控一體化程序介紹

為了保證測試與控制的緊密結(jié)合，采用了Visual C++開發(fā)設(shè)計軟件，計算機系統(tǒng)通過PCI 總線與數(shù)據(jù)采集卡相連，通過Profibus 現(xiàn)場總線與PLC 相連;數(shù)據(jù)采集卡通過數(shù)字或模擬通道連接傳感器、二次儀表，以及其他相關(guān)元件;PLC 通過其觸點與閥控信號、開關(guān)元件相連。PLC 為SIEMENS 公司的S7-300，數(shù)據(jù)采集卡為凌華公司的PCI-9118。連接測試部分和控制部分的橋梁是Prodave 接口。

向PLC 中寫入數(shù)據(jù)的程序如下:

switch (m_ nSel)// m_ nSel 為要寫入的數(shù)據(jù)類型

{

case 0://DB 型

d_ field_ write (m_ iWDBNO，m_ iWSNO，m_ iWAmount，buffer);

break;

case 1://OutPut 型

a_ field_ write (m_ iRSNO，m_ iRAmount，buffer);

break;

case 3:

m_ field_ write (m_ iRSNO，m_ iRAmount，buffer);

break;

case 5://Counter 型

z_ field_ write (m_ iRSNO，m_ iRAmount，buffer);

break;

}

從PLC 讀取數(shù)據(jù)程序如下:

switch (m_ nSel)// m_ nSel 為要讀取的數(shù)據(jù)類型

{

case 0://DB 型

d_ field_ read (m_ iRDBNO，m_ iRSNO，m_iRAmount，buffer);

break;

case 1://OutPut 型

a_ field_ read (m_ iRSNO，m_ iRAmount，buffer);

break;

case 2://InPut 型

e_ field_ read (m_ iRSNO，m_ iRAmount，buffer);

break;

case 3://Flag 型

m_ field_ read (m_ iRSNO，m_ iRAmount，buffer);

break;

case 4://Timer 型

t_ field_ read (m_ iRSNO，m_ iRAmount，buffer);

swab (buffer，buffer，m_ iRAmount* 2);//

相鄰字節(jié)交換

break;

case 5://Counter 型

z_ field_ read (m_ iRSNO，m_ iRAmount，buffer);

swab (buffer，buffer，m_ iRAmount* 2);

break;

}

3 結(jié)束語

伺服缸已廣泛應(yīng)用于液壓行業(yè)，因工況、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其特性很難被掌握。而此伺服缸測試系統(tǒng)簡明實用，能夠滿足各類大型伺服缸的測試要求，且基于VC++6.0 開發(fā)的測試軟件功能齊全、界面友好、計算機配置要求低、移植性好、易于實現(xiàn)全自動化管理。廣東某公司的實際應(yīng)用也表明:該測試系統(tǒng)性能可靠，測量精度高，能夠為大型伺服缸的生產(chǎn)和檢修提供有力的支撐，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

【1】陳新元，蔡欽，湛從昌.液壓伺服液壓缸靜動態(tài)性能測試系統(tǒng)開發(fā)［J］.液壓與氣動，2008(12):77 －79.

【2】易建鋼，陳奎生，林瓚. 伺服油缸動態(tài)掃頻問題研究［J］.湖北工學(xué)院學(xué)報，2003(4):129 －131.

【3】孫鑫. VC++ 深人洋解［M］. 北京:電子工業(yè)出版社，2006.

【4】李娟.組態(tài)技術(shù)在液壓泵測試系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 機床與液壓，2010，38(8):95 －97.

【5】彭國朋，曾良才，朱學(xué)彪，等.數(shù)字式角位置電液伺服裝置測試系統(tǒng)的研究［J］. 機床與液壓，2006(3):193 －194.

【6】路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊［M］. 北京:機械工業(yè)出版社，2002.

【7】張寒蕾，王春梅.基于電液比例控制的液壓試驗臺的液壓泵性能分析［J］. 機床與液壓，2010，38(3):103 －104.

【8】王權(quán)，付學(xué)義.基于小波包分析的液壓泵狀態(tài)監(jiān)測方法［J］.機械工程學(xué)報，2009，45(8):80 －88.