恒力支吊的性能检测设计.doc

恒力吊架性能曲线计算机测试程序设计文献材料2010年12月17日 恒力支吊架性能检测系统的研制摘要: 探讨了微机检测系统结构、硬、软件设计及系统实施中的关键性技术问题 ,设计了系统电气测量、控制和通信部分的硬件和软件 ,分析了系统的可靠性及采取的措施。恒力弹簧支吊架是指位移在一定范围内变化时,外部作用的载荷值保持不变的机构。恒力弹簧支吊架在电站设备、锅炉及水暖系统等一些要求承受恒定载荷的系统中起着消除形变,产生恒力的作用。恒力弹簧支吊架的质量直接影响使用该产品的系统及设备的工作性能。故对恒力弹簧支吊产品的测试就显得十分重要。目前这种恒力弹簧支架产品的测试系统一直靠国外引进 ,成本及测试费用高。尤其是一些中小型企业的恒力弹簧支吊架产品 ,由于缺乏必要的检测手段,恒吊的质量一直得不到保证。鉴于此 ,根据 GB1018188 对恒力弹簧支吊架的测试指标要求 ,设计了恒力弹簧支吊架微机测试系统。该测试系统通过外施载荷 ,使吊架产生位移 , 测量产生的位移量和施加的载荷值得到一个位移载荷二维曲线 ,由计算机对该曲线的数据进行分析和处理 ,根据处理结果来判断产品是否合格 ,并为产品的进一步调整提供参考建议。因此 ,本系统的关键是测量两个量:位移量和载荷量 , 同时由系统提供对加、减载荷过程的控制。1 微机测试系统构成根据测试指标要求和系统的测试原理 ,本系统采用机械和计算机相结合的方案构成微机检测系统。其中机械部分完成位移量和载荷量的检测,电气和计算机部分完成数据的采集、处理、传输和控制1.1 机械系统载荷的加、减：由于该测量系统国际要求载荷能在0t50t 的范围内平稳地变化,位移量在 0m1. 5m间,故本系统采用液压传动方式向被测对象 加、减载荷值 ,其结构如图 1 所示。系统对载荷的加、减及位移方向的控制 ,通过控制油缸中活塞运动方向 ,即换向阀中阀体的位置来实现。对恒吊位移的测量 :通过测量油缸中活塞的位移来实现对载荷的测量:实际是测量系统所受的拉力。选择常用的剪应变传感器来测量系统所受的载荷。测量所得的位移量须进行修正。方法是:先测出连接件的位移-载荷曲线（图2中曲线），然后加恒吊测量位移-载荷曲线（图2中曲线），恒吊的实际位移就等于在相同载荷下的总位移减去连接件的位移（曲线）。1. 2 计算机系统本测试系统控制的核心部分（上位机）采用 PC机来实现。控制液压换向阀位置的开关量由 PC机直接产生。由传感器测得的位移量和载荷量均为模拟量 ,必须转换成为数字量才能由计算机系统来处理。由于工作现场存在着强的电、磁干扰 如（如电弧焯、大功率的机床的启停等），为减少传感器产生的模拟量在长距离传送过程中所受强电、磁干扰。在传感器旁完成放大和A/D转换。形成数字信号，再将所得数字信号送到计算机系统。计算机系统结构如图3所示。2 计算机系统的硬、软件设计 本系统采用集散型控制方案 , 由一台PC 机作为上位机 ,三台单片机系统作为下位机 ,作现场测量与控制。 2 . 1 计算机系统构成 (1) 下位机的构成 由于测量位置和控制的分散性,本系统采用三 台单片机构成下位机系统:其中 号两台单片机系统用于分别对位移量和载荷量的检测与传送,号单片机系统用作控制液压换向阀 的位置与液压泵站 （见图 1）。 (2) 上位机的组成 系统用一台 PC 机作为上位机对数据进行集中处理,再产生对过程的控制信号 ,传送给 号单片机系统,实现数据的集中处理、分散控制的模式。 (3) 上、下位机之间的通讯 上、下位的通信采用常用的 RS232C 串行起止式异步通信协议 ,格式如图4 所示。RS 2232C 中规定逻辑“1”的电平-3V- 15V ,逻辑“0”的电平为 + 3V + 15V ,将这种电平信号直接传送的最大距离为 30m ,与调制解调器相结合可以实现数据的远距离传送。本系统中上、下位机间的实际距离小于 30m ,信号直接传送 ,采用三线制:发送数据线、接收数据线和一根信号地线。数据传送格式为: 1 位起始位 ,8 位数据位 ,1位校验位 ,1 位停止位 ,波特率为 4800BPS。由于RS 2232C通信协议中自身不包含地址信息 ,因此检测系统利用一个字节将各下位机编址 ,作为上、下位机的控制命令字 ,格式如下:D7D6D5D4D3D2D1D0其中各位的意义为:D7 D60 0 号下位机返回位移;0 1 号下位机返回载荷;1 1 号下位机同时锁存该时刻的位移和载荷;1 0 向 号下位机发出控制字 ,控制液压换向阀、液压泵站;D2 控制液压换向阀的 号位置;D1 控制液压换向阀的 号位置;D0 控制液压泵站;其中D2 ,D1 ,D0 位的值为“1”时表示动作 ,值为“0”时表示关闭相应机构。下位机传送到上位机的数据为16位二进制数。2. 2 系统硬、软件设计(1) 下位机设计检测下位机号下位机分别完成对位移量和载荷量的测量 ,两者结构相似。系统采用ATM89C51 作为主控芯片(硬件结构如图 3 所示) 。载荷量和位移量经放大、滤波及 AP D 转换后 ,被 ATM89C51 单片机连续采集 ,并在系统内用数字滤波技术进行抗干扰处理。在接收到上位 PC机发出的锁存命令后 ,将当时采样值锁存至数据缓冲区 ,等待向上位机传送。当接收到上位机发出的本地址传送数据命令后 ,则经 RS 2232C 总线向上位机传送刚锁存的数据 ,供上位机接收。数据采用中断的通信方式传送 ,软件框图如图5所示。控制下位机号下位机完成对液压泵站电机及换向阀的位置电磁铁的控制。也由 ATM89C51 作为主控芯片。ATM89C51接收上位机送来的控制命令字 ,并将命令字分解、产生控制信号 ,经过 TLP52123 光电隔离后 ,驱动电开关 ,从而实现对相应执行部件的控制。其硬件组成如图3所示 ,控制命令采用中断方式接收 ,软件流程如图6所示。由于下位机中的逻辑电平为 TTL 电平 ,与 RS 2232C在逻辑电平上不兼容 ,因此在下位机挂接到RS 2232C总线上时 ,利用 RS232 集成电路进行电平转换 ,RS232集成电路是单 5V电源供电 ,内部包含两路收发转换器。(2) 上位机软件设计上位机完成对 号下位机采集的位移量和载荷量的集中处理;绘制出位移2载荷的二维曲线;并对数据计算分别得到“载荷偏差度”和“恒定度”两个值 ,判断是否满足国家标准 ,若满足则为“合格” ,若不合格则转至专家子程序 ,对过程中的数据进行分析、处理 ,对产品中可能存在的问题提供参考调整建议。整个系统对检测过程的自动控制是通过向 号下位机发出控制命令来实现的。上位机的软件编写采用混合语言编程。采用isual Basic 6. 0作为监控软件编写工具 ,将上位机系统分为界面设计、通信和数据处理三个模块。通信模块采用 Microsoft Communication Control 控件。利用 ACCESS数据库 ,设计数据格式 ,管理国家标准参数、企业标准参数及专家对产品分析的经验数据。数据处理模块采用 ACCESS数据库和 AD0 数据库访问技术。利用高级语言 Visual Basic 6. 0 完成对系统的总体设计 ,包括:图形化主界面;对汇编程序、 ACCESS数据库的调用;完成对测量数据的转换、计算 ,以及位移一载荷曲线显示及测量数据表的打印。3 系统可靠性与措施本系统在设计过程中采用了多种抗干扰措施。总体方案上采用将模拟量就近完成放大并转换成数字量 ,利用数字量进行远距离传送减少外界对被测量的干扰;硬件抗干扰主要采用了防止电源干扰引入、屏蔽电磁辐射、强弱电信号用光电隔离、采用工控用超大规模集成电路以及减少系统所用器件数等;软件上 ,下位机采用 WatchDog技术和软件陷井;上、下位机间传输数据采用奇偶校验和自动申请重发送以保证数据传输的正确性。采用上述技术后 ,经过现场连续运行表明系统是稳定可靠的 ,达到了国标要求的指标:载荷在 0t50t 的范围内平稳地变化 ,位移量在0m1. 5m间。参考文献:1 GBP 10181288 ,恒力弹簧支吊架 S .2 李慕洁.液压传动与气压传动M . 北京:机械工业出版社.1989.3 高传善.接口与通