孫 貝,李 洋,劉 曉（山西省交通科學(xué)研究院,太原 030006）

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基于組態(tài)王和SQL的土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)操作系統(tǒng)研發(fā)

孫 貝,李 洋,劉 曉
（山西省交通科學(xué)研究院,太原 030006）

摘 要：提出一種基于組態(tài)王和SQL的土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測、剪切性能參數(shù)的處理輸出等功能。結(jié)果表明，土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)操作系統(tǒng)操作方便，試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，可指導(dǎo)直剪試驗(yàn)的智能規(guī)范進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：組態(tài)王；SQL；各向異性；系統(tǒng)研發(fā)

1 前言

土工合成材料與土體界面的相互作用屬不同介質(zhì)之間的問題，是當(dāng)今巖土工程的熱點(diǎn)問題之一。筋-土界面上的摩擦阻力系數(shù)則是加筋土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的重要參數(shù)，性能參數(shù)的精準(zhǔn)測量對實(shí)際土體加筋工程具有重要指導(dǎo)意義[1-2]。我院自主研發(fā)一套充分考慮土工合成材料力學(xué)性能各項(xiàng)異性的新型直剪設(shè)備，避免了現(xiàn)行規(guī)范中試驗(yàn)測試值與土工合成材料實(shí)際受力特性嚴(yán)重不符的問題，有效地解決了土工合成材料工程應(yīng)用中存在的安全隱患。同時(shí)，搭建一套基于組態(tài)王與SQL數(shù)據(jù)庫的直剪試驗(yàn)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、特征數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)及參數(shù)曲線輸出、存儲、查詢等功能，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得了國家規(guī)范要求的土工合成材料剪切性能參數(shù)系列評價(jià)指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2 土工合成材料各向異性直剪儀介紹

直剪設(shè)備主要包括機(jī)械、氣動以及電氣控制三大系統(tǒng)，如圖1所示。機(jī)械部分主要包括機(jī)架、頂尖、回轉(zhuǎn)驅(qū)動、氣缸支撐架、上下剪切盒、直線導(dǎo)軌副等；氣動部分主要由氣缸、空壓機(jī)、閥體等組成；電氣控制系統(tǒng)主要由伺服電動缸、可編程控制器、傳感器、觸摸屏等組成。

本設(shè)備采用整體式機(jī)架，結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)剛度大、強(qiáng)度高，極好地降低了導(dǎo)軌變形率，為直剪性能參數(shù)的精準(zhǔn)測量建立結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。上剪切盒外部形狀采用正八邊形以便于頂尖定位、加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性及可加工性，同時(shí)相較于四邊形、六邊形等形狀有效減小下剪切盒內(nèi)徑，進(jìn)而減小回轉(zhuǎn)驅(qū)動尺寸，降低整機(jī)尺寸及重量。高性能回轉(zhuǎn)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)下剪切盒0～360°任意角度精確旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)土工格柵各向異性性能參數(shù)直接測量，完美解決了現(xiàn)行規(guī)范試驗(yàn)測試值與土工合成材料實(shí)際受力特性嚴(yán)重不符的問題，同時(shí)回轉(zhuǎn)驅(qū)動具備自鎖功能以保證直剪試驗(yàn)中剪切面不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，保證直剪試驗(yàn)準(zhǔn)確。

采用氣動加壓結(jié)合數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集模塊，對壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，保壓時(shí)間高達(dá)2h且氣壓變化率≤0.1%，實(shí)驗(yàn)過程壓力穩(wěn)定確保試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。采用高精度伺服電動機(jī)與壓力傳感器聯(lián)合控制的方法，使剪切速度、剪切位移、剪切力得到精確控制，設(shè)備性能參數(shù)如表1所示。

3 直剪試驗(yàn)操作系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)功能介紹。直剪試驗(yàn)操作系統(tǒng)用來指導(dǎo)操作人員安全高效、智能規(guī)范的開展土工合成材料剪切性能檢測，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、特征數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示及剪切性能數(shù)據(jù)及曲線輸出、查詢等功能。本系統(tǒng)共分為系統(tǒng)菜單、操作功能按鈕、法向應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)時(shí)間顯示、狀態(tài)指示燈以及用戶登錄/退出等5個(gè)功能區(qū)，如圖2區(qū)域1～5所示。

系統(tǒng)菜單分為系統(tǒng)說明、參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)輸出、系統(tǒng)調(diào)試以及報(bào)警信息5個(gè)功能模塊。法向壓力及實(shí)驗(yàn)時(shí)間反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程實(shí)時(shí)法向應(yīng)力以及實(shí)驗(yàn)剩余時(shí)間。狀態(tài)指示燈區(qū)域包括5個(gè)狀態(tài)指示燈，系統(tǒng)狀態(tài)正常色為綠色，異常時(shí)為紅色；運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行過程為綠色，試驗(yàn)停止為灰色；報(bào)警狀態(tài)未出現(xiàn)報(bào)警為綠色，出現(xiàn)伺服異常、行程超出范圍、電機(jī)超載、壓力氣路連接異常等狀況時(shí)為紅色；法向應(yīng)力正常為綠色，應(yīng)力波動范圍超出理論法向應(yīng)力的2%時(shí)指示燈為紅色。限位狀態(tài)反應(yīng)剪切位移是否超出行程范圍，正常為綠色，超限則為紅色。

（2）系統(tǒng)操作流程及SQL實(shí)現(xiàn)。打開/退出組態(tài)王，進(jìn)行SQL連接/連接，功能實(shí)現(xiàn)命令語言為：SQLConnect(IDDevice,"dsn=;uid=; pwd=")，SQLDisconnect(\本站點(diǎn)IDDevice)

上述命令語言實(shí)現(xiàn)了組態(tài)王與SQL數(shù)據(jù)源的連接/斷開，將此命令寫入組態(tài)王應(yīng)用程序命令語言的啟動/結(jié)束中，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)就可以連接/斷開到數(shù)據(jù)庫[3]。

進(jìn)入【系統(tǒng)調(diào)試】界面，調(diào)試各功能按鈕與數(shù)據(jù)顯示框，檢查系統(tǒng)是否正常；進(jìn)入【參數(shù)設(shè)置】界面，輸入實(shí)驗(yàn)參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)；點(diǎn)擊【加壓】按鈕，并根據(jù)界面中間法向應(yīng)力顯示框進(jìn)行調(diào)整直至試驗(yàn)理論值；點(diǎn)擊【預(yù)壓】，彈出預(yù)壓界面，并進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)壓5 min以保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)過程壓力穩(wěn)定。

預(yù)壓結(jié)束，點(diǎn)擊【電機(jī)使能】按鈕，若參數(shù)輸入不合理則彈出提示窗口，輸入合理則電機(jī)上電，功能實(shí)現(xiàn)命令語言如下：SQLCreateTable( \本站點(diǎn)IDDevice,\本站點(diǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間與日期, "直剪儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)")

上述命令語言實(shí)現(xiàn)了按照設(shè)定表格模板的格式在數(shù)據(jù)庫中以實(shí)驗(yàn)日期與時(shí)間新建數(shù)據(jù)表格，將此命令寫入【電機(jī)使能】按鈕的按下時(shí)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫表格的創(chuàng)建。

點(diǎn)擊【開始】，進(jìn)入【實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)】界面開始實(shí)驗(yàn)，每10s將數(shù)據(jù)存一次，命令語言如下：

SQLInsert(\本站點(diǎn)IDDevice,\本站點(diǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間與日期, "直剪儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)")

組態(tài)王將記錄體相關(guān)聯(lián)的變量當(dāng)前值插入到SQL數(shù)據(jù)庫表格中，從而生成一條新的記錄，達(dá)到將組態(tài)王中的數(shù)據(jù)寫到外部數(shù)據(jù)庫的目的。

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為0或者點(diǎn)擊【停止】按鈕，進(jìn)入數(shù)據(jù)是否保存對話框，若刪除當(dāng)前試驗(yàn)數(shù)據(jù)則命令語言如下：

SQLSelect( \本站點(diǎn)IDDevice, "實(shí)驗(yàn)時(shí)間匯總", "報(bào)表名", "", "" );

SQLDelete(\本站點(diǎn)IDDevice, "實(shí)驗(yàn)時(shí)間匯總",whereexpr);

點(diǎn)擊【卸壓】按鈕；點(diǎn)擊【歸零】按鈕，并彈出系統(tǒng)回零等待界面，當(dāng)回零動作完成后，該窗口自動關(guān)閉；點(diǎn)擊【電機(jī)去使能】按鈕，關(guān)閉電機(jī)；若繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊【加壓】按鈕并按照步驟3-11開展實(shí)驗(yàn)，若結(jié)束實(shí)驗(yàn)則點(diǎn)擊【結(jié)束】按鈕。

進(jìn)入數(shù)據(jù)輸出開展后期數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)輸出分為【數(shù)據(jù)報(bào)表】和【曲線輸出】兩個(gè)功能，先從“實(shí)驗(yàn)時(shí)間選擇”下拉列表框中選擇相應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)日期，之后根據(jù)需要選擇報(bào)表/曲線預(yù)覽、打印、刪除等功能。

下拉列表框日期顯示SQL實(shí)現(xiàn)語言如下：

SQLSelect( \本站點(diǎn)IDDevice, "實(shí)驗(yàn)時(shí)間匯總", "記錄報(bào)表名", "", "" );

SQLNext( \本站點(diǎn)IDDevice);

當(dāng)需要將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)調(diào)入組態(tài)王來顯示，將此命令寫入相應(yīng)功能按鈕按下時(shí)，并添加查詢下一條記錄的命令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的逐條查詢。

4 試驗(yàn)實(shí)例數(shù)據(jù)處理

本文從“實(shí)驗(yàn)時(shí)間選擇”下拉列表框中選擇“2015年5月26日11時(shí)23分”數(shù)據(jù)為處理實(shí)例，依次實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的報(bào)表預(yù)覽、曲線顯示，數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖3所示，并處理計(jì)算剪切位移與剪切力關(guān)系，如圖4所示。

圖3（b）所示曲線可依據(jù)需要選擇坐標(biāo)軸，僅選擇一項(xiàng)則默認(rèn)時(shí)間為橫軸，若選擇兩項(xiàng)則第一選擇項(xiàng)為橫軸，第二選擇項(xiàng)為縱軸。點(diǎn)擊【選取】按鈕后，曲線顯示控件的橫/縱軸量程將依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理調(diào)整。圖4所示曲線給出了剪切位移與剪切力關(guān)系圖，并能根據(jù)需要通過“實(shí)驗(yàn)時(shí)間選擇”添加多條曲線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對比，實(shí)現(xiàn)曲線保存、打印和清空操作。

5 結(jié)論

本文研制的新型直剪設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、對環(huán)境友好，安全性能高，基于組態(tài)王與SQL數(shù)據(jù)庫研發(fā)的試驗(yàn)操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、特征數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，性能參數(shù)后期處理等功能，操作簡單、計(jì)算準(zhǔn)確可靠，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：孫貝（1988-），女，山西太原人，碩士，助理工程師，研究方向：機(jī)電一體化控制及并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.089