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拉力试验机如何实现网络环境

发布时间:2019-7-1 9:5:5  浏览:

随着信息时代的到来,各类检测试验中心的职能在不断加强,网络化、信息化建设成为检测试验中心主流的发展方向,这一切给试验机领域带来了新的发展空间,开发具有网络时代特点的试验机产品成为试验机人新的追求。在众多试验机产品中,高性能的拉力机产品是试验机人未圆的梦。目前,市场上的拉力机产品大都是针对几年前的需求设计的,无法适应网络信息时代的需求。本文在分析检测试验中心未来的发展趋势后,介绍一种电子拉力机的设计方案,它在原有的机械结构基础上,增加了单片机控制系统、微机信息处理以及通信系统。其目标有两个:一是提高系统的性能与精度,这是拉力机的灵魂;二是增加系统的信息处理能力与通信功能,将拉力机系统连入到现代的网络信息管理系统之中。

1、试验信息中心建设模式

过去,人们将拉力试验机设计成面向特定应用需求、具有特定功能的独立个体,由于自动化水平低,致使拉力试验机功能简单,对人的依赖性过高,造成了应用上的局限性,同时也给检测试验中心建设带来了很多问题,主要表现在:

(1)由于拉力试验机自动化水平低,试验过程需要工作人员投入过多的时间与精力,特别是一些复杂计算与分析。另外,人的干预常常是滞后的、有限的,很多需要在试验过程中随时处理的问题,人无能为力的。

(2)试验检测的内容单一,试验常常只提供一个简单的结果,无法进行过程描述及复杂的试验结果分析。试验结束后,保存下来的信息很少,无法实现试验之间的横向、纵向比较分析,制约了试验中心信息处理水平的提高。

(3)每个拉力试验机都是一个独立的个体,很难发挥设备的群体优势,缺少与外部联系,限制了设备投资的社会效益,也造成了试验检测中心之间的独立性。

 

未来的检测试验中心建设应该全面引入计算机网络技术,适应信息经济发展需求,将传统的试验中心建设成新的技术服务与信息管理中心。

 未来检测试验中心一种建设模式

图1 提供了未来检测试验中心一种建设模式,根据该模式的建设思路,未来的试验信息中心应具有以下特点:

 (1) 试验中心是一个网络系统,它以中央主机与数据库系统为核心,实现对内与对外两种类型的信息服务,传统的试验检测中心将完全变成一个信息服务中心。

 (2) 中心内部各种拉力试验机被集成在中央主机周围,形成一个配置合理、功能完善、互相补充、资源共享的拉力试验机群,充分发挥群体的和力作用。

 (3) 试验中心将成为internent网络上的一个重要信息节点,不仅给网络用户提供技术检测服务、网络查询服务,同时,试验中心还将成为本学科领域网络信息中心,为教学、科研、生产、生活等用户提供第一手的试验信息查询服务。

    要实现以上建设目标,新的拉力试验机在设计上要做相应修改:

    (1) 在结构设计上,拉力试验机将由独立个体身份转变为群体部件身份。

    (2) 在性能实现上,着重加强拉力试验机信息分析与处理能力。

    (3) 增加网络通信功能,实现网络连接以及远程控制等。

    面向未来试验信息中心建设特点,结合拉力机产品生产、销售及应用现状,设计开发了一种新的电子拉力机系统,下面做一简单介绍。

2、系统设计

新型电子拉力机系统由试验系统、单片机控制中心、pc信息处理中心三大部分组成见图2。

 电子拉力机系统组成

    其中,试验系统又分为加力系统、测力系统、引申计等。单片机控制中心的工作方式有两种:第一,单片机是一个完整的控制中心,能独立完成数据采集、处理及试验过程控制等功能;第二,以pc机作为总体信息控制与处理中心,单片机只完成数据采集、间接执行pc控制指令等功能。pc信息中心包括试验控制系统、信息分析处理系统、网络通信管理系统等,主要完成试验控制以及数据采集、分析处理、保存、打印、网络通信等动能。

2. 1系统设计特点

     (1) 系统功能完整化、综合化。首先,在试验系统与单片机控制中心之上增加pc信息处理系统,增强了系统的信息处理能力。单片机可以完成系统的监控功能,但在复杂运算能力、信息显示分析处理能力以及网络通信能力等方面存在很大的不足。如果仅仅使用单片机作为系统控制与处理中心,系统的功能将大大减少,无法满足用户的多种需求。增加pc信息处理系统后,系统可以设计成用户熟悉而且喜欢的图形界面(gdi),可以根据需求进行复杂的数据分析,可以提供多种多样的试验报告,可以实现试验信息的存档、后期处理以及横纵向比较。第二,增加系统的通信能力,使拉力试验机系统直接与现代的网络系统相连接,实现复杂的网络通信功能,包括信息上传与下载、试验结果网络发布以及检测信息网络查询等功能。第三,增加pc机后将使拉力机系统与办公自动化系统紧密结合。pc机不再是拉力机系统的专用组件,pc可随时应用到办公自动化等其它业务工作中去,实现一种投资获得多种效益的目标。拉力试验机系统与办公自动化系统的完美结合,体现了未来检测试验中心的工作特点。

     (2) 系统设计结构化、部件化。在pc机与试验系统之间增加单片机系统,首先有利于系统功能的合理划分与系统优化。将系统监控、数据采集等功能划分给单片机系统负责,将信息分析处理、存储、通信等功能交给pc机完成,使得系统结构清晰,功能独立,不但缩短了开发周期,而且提高了系统的可维护性,不必因对系统做某一局部修改而牵动整个系统。第二,pc机抗干扰能力差,增加单片机系统后,可以充分利用单片机在自动控制中的优势,避免因pc数据分析处理以及网络通信对控制系统的影响,提高试验系统的精度,也可减少网络系统中的不安全因素对试验的影响。第三,将单片机设计成独立完成试验控制与被动执行pc机指令间接完成试验控制两种方式,可增加系统配置的灵活性,适应不同的用户需求。有的用户购买拉力机系统时可以不配pc机,而配pc机的用户又可以根据需求选择台式机或笔记本电脑。

3、系统实现

3. 1试验系统的实现

    试验系统即机械结构部分有很较成熟的设计方案,只是将传统的机械结构改造为自动化结构,包括加力系统、测力系统以及引申计等部分。在实现中要注意几个问题:

     (1) 选择无间隙的滚珠丝杠。电子拉力机位移测量可通过滚珠丝杠来实现,采用无间隙结构,可精确控制横梁位置,保证系统精度。以发送脉冲的方式实现与单片机系统的信息交换,每个脉冲代表的位移量最大不能超过最小试验位移所允许的最大误差值。

     (2) 配备多个规格不同的传感器,实现试验力的测量。选择精度高、性能好的压力传感器,同时要根据最大试验力范围、横梁移动速度及误差精度要求,安装多个放大倍数不同的传感器。对于规格不同的试验,可选择不同放大倍数的传感器。

     (3) 选择放大倍数较大的a/d设备完成加力控制。根据拉力试验机最大试验力选择合适的a/d输入位数。如果最大试验力为1000kn,选择16位a/d转换设备,采样精度是0.015kn,相对精度1.5%,可满足试验级别2的要求。

3. 2单片机系统实现

    单片机系统是试验控制的核心,它的设计与实现直接影响系统的性能与精度。作为拉力机系统的重要组成部分,单片机系统在实现时要处理好以下几个问题:

(1)    动态选择采样周期。采样周期直接影响数据精度及试验曲线的变化,动态选择采样周期的办法是通过软件控制,根据位移精度及变形速度动态计算采样周期。

    如果每个脉冲码代表0.0025mm位移,试验速度50mm/min,最大位移设定为500mm,引伸计选择0.5级,则采样周期通过以下算法求出:

   pa=绝对误差*最大位移/试验速度

     (2) 消除零点漂移误差

    在预热及试验期间,系统电路均会产生零点漂移,如果不及时消除,将会造成测力采样误差及电机旋转出现间歇等故障。电子拉力机国家标准对零点漂移做了具体规定,拉力试验机使用前预热时间不能超过30分钟,在15分钟内的零点漂移和在30分钟内的标定值最大漂移应符合标准规定。

    为消除零点漂移,达到技术标准要求,在系统设计上要增加采样输入线路,并将其中一路输入定义为零值,再通过软件编程的方式,清除零点漂移误差。

3. 3 pc信息处理系统的实现

    pc信息中心是本拉力机系统的特色所在,它不但要负责试验部分运转的控制,还要负责数据显示、处理以及通信,在系统实现上要保证以下四个功能:

     (1) 强大的信息处理能力。由于拉力机系统在设计上是一个开放的系统,为满足不同网络用户的需求,系统应具支持多种数据处理标准,如gb中华人民共和国标准),as丁m美国材料试验标准)、din德国工业标准)、bs英国工业标准)、iso国际标准)等。试验报告也应该具有多种格式,内容用户可选。

     (2) 开放的网络通信功能。资源共享是本拉力机系统设计上的重要特点,实现网络通信是系统的基本功能。要求设计开发一个恰当的中心数据库库系统,它应支持多种拉力试验机的信息储存与处理。同时要具有信息安全保护功能,保证试验能顺利进行,数据安全可靠。

     (3) 增加安全保护功能。试验加力通过横梁的移动来实现,试验要求在0.5~5min内完成,对于不同材料类型,试验时横梁移动速度不同。要求系统增加安全保护模块,防止机械部分超行程、超负荷,发现下列情况之一,自动启动保护装置,系统立即停机:

    *试验力超出每个测量范围最大容量的2%~10%。

    *移动横梁移动到其工作范围的上、下极限。

    *试样断裂。

     (4) 软件配置试验速度。保证试验速度能在0.005~1000mm/min范围内任意设定。低速适用于脆性材料,如陶瓷,高速适用于塑性材料,如橡胶。

同时,由于速度可调节范围非常大,各种材料如航空材料的测试,可根据各国的标准进行检测。

    另外,共同组成试验中心网络信息管理系统的还有信息中心主机系统、数据库管理系统以及网络信息发布系统等,有了它们的成功开发与配套应用,才能保证以上拉力机系统功能的最终实现。

    走网络化与信息化建设的道路是检测试验中心未来的发展方向,设计开发配套的拉力试验机产品具有重要的现实意义。以上介绍的电子拉力机系统提出了一种解决方案,希望它能对新型拉力试验机系统的设计以及检测试验中心的建设有所裨益。


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