基于泓格Wincon8000的機械高壓液壓設備測試系統的研制

1 需求概述 隨著液壓技術的迅速發展及應用領域的日益廣泛，對液壓元件、組件和系統的品種及性能的要求愈來愈高，相應地對液壓測試技術提出了更高的要求。計算機技術的飛速發展，為測控技術在液壓附件測試設備中的應用開辟了新的途徑。液壓設備的性能及可靠性，主要取決于系統的各部件及附件的性能。由于液壓技術的不斷進步和設備使用要求的不斷提高，液壓泵更多地采用了新技術、新工藝，其壓力和流量也相繼提高，如此帶來了參數精確測量、多型泵兼容和系統穩定性等問題。因此，為了確定和考核液壓系統及其組成元件的完整的性能參數、品質指標等進行的測試，測試工作也就需要滿足更高的要求。為了適應標準，達到液壓元件的高精度測試精度，采用泓格公司的WinCE－Based帶有工業Ethernet接口的新型模塊Wincon8000作為主要現地測試單元，構成了分布式的液壓測試系統。基于WinCon8000的測試原理圖見圖1所示。 2 高壓液壓泵測試系統 在研究、設計新型高壓液壓泵時，必須對液壓泵進行型式試驗。型式試驗內容有： ① 結構完整性試驗，包括氣密性、外滲漏、耐壓及疲勞等試驗； ② 工作性能試驗，包括排量驗證、效率、變量特性、自吸、噪聲等試驗； ③ 耐久性試驗，包括高溫、超速、超載、沖擊、連續超載、連續滿載等試驗。普通液壓試驗臺利用二次儀表測量流量、轉速、轉矩、壓力等參數，直接或通過計算間接測出液壓泵的工作性能特性。 由于測量參數多、測點分散，加大測量強度，耗時長；同時，由于測量參數讀數的時間差會引入誤差影響測量精度；此外，在進行高壓液壓泵耐久性試驗時，測試時間長，功率消耗極大。本研究根據高壓液壓泵型式試驗特點，利用1 臺微機、三臺Wincon8000及相應的傳感器，實現高壓液壓泵型式試驗計算機輔助測試；采用泵的功率回收液壓回路，使測試功率得以回收，達到降低測量強度、提高測試精度以及節能的目的。 高壓液壓泵試驗臺動力驅動選用雙出軸直流電機，配以相位控制晶閘管直流調速系統，該調速系統采用三相橋式全控電流小閉環和速度大閉環組成的雙閉環系統進行調速，滿足高壓液壓泵測試調速精確、平穩、需經常變速、機械特性硬等的要求。

圖1：基于WinCon8000的測試原理圖 3　測試基本原理 3．1 基于Wincon8000的測控系統的組成 基于Wincon8000的測控系統主要包括一臺上位機，三臺WinCon8000及其8K系列的I/O模塊，信號放大電路，ZAZP型電動直通單座調節閥，DF型先導式電磁高壓油閥，高精密液壓傳感器SR345等幾部分。 3．2 控制過程 首先，由上位機給三臺現地控制單元泓格ICPDAS WinCon-8331-G 緊湊型嵌入式控制系統發出測試指令，三臺Wincon8000的ICPDAS I－8017MR 8K實時采集由液壓傳感器發送來的與被試泵油腔內的油壓相對應的電壓信號，并將這一電壓信號進行轉換變成數值量，經數值處理，通過計算得到數值控制量。然后，將數值控制量經ICPDAS I－8024 8K轉換模塊變成相應的模擬控制電壓及經ICPDAS I-8050 8K輸入/出數字信號控制電磁閥，最終達到被控液壓恒定。測試原理圖見圖2所示。

圖2：測試原理圖 3．3 實時控制算法 針對控制系統的數學模型、控制要求及控制系統 的純滯后和慣性時間較長，動態參數未知，被控對象經 常處在隨機擾動作用之下等特點，通過綜合考慮，采用了最小方差自校正控制算法，即最小方差自校正控制器。 最小方差自校正控制器是按最小輸出方差優化性 能指標綜合自校正控制律，采用遞推最小二乘參數估 計方法，直接估計控制器參數。由二部分組成，第一部 分是控制器參數估計器，第二部分是自校正控制器。 其結構如圖3所示。

4 硬件系統 4．1 WinCon8000 根據測試系統對現地控制單元的要求，選擇WinCon－8331－G緊湊型嵌入式控制系統。WinCon-8000具有信號模塊插槽，與PLC等控制器相同的架構，主機為PC硬件及WinCE操作系統，如此巧妙地變成使用PC的環境，但是具有PLC控制信號的功能，此為一機兩面的“PC＋PLC”組合體。信號模塊包含模擬量信號（Analog）、開關量信號（Digital）等多種規格的產品。在WinCon8000內部預裝Windows CE.NET，由于Windows CE. NET是個強實時系統，就產生了一個強有力的控制解決方案。WinCon-8000系列是一個無盤的實時控制平臺，它是傳統的PLC和Windows PC機的強強整合體。 4．2 A/D模塊：ICPDAS I-8017MR 8K模擬量輸入模塊 ? 單通道查詢模式：100KHz； ? 8通道掃描模式：8KHz； ? .輸入帶寬：40KHz； ? 分辨率：14位； ? .輸入類型：差分； 4．3 D/A模塊：泓格ICPDAS I-8024 8K模擬量輸入/輸出模塊 ? 4路光電隔離模擬量輸出模塊； ? 電壓輸出：?10V ? 電流輸出：0～20mA/4～20mA ? 隔離：3000VDC 4．4 DI/O模塊：泓格ICPDAS I-8050 8K開關量模塊 ? 開關量輸入/輸出通道數：16 ? 輸入/輸出類型：由路線選擇 ? 開關量輸入： 2V(0)， 4V~30V(1) ? 開關量輸出：集電極開路輸出：125mA/路 5 系統軟件 系統軟件采用基于Windows2000的Visual C＋＋開發，并加以SQL Sever數據庫，并加載泓格公司提供的Wincon8000的OPC服務，實現上位機的管理程序。系統程序框架見圖4所示。 WinCon8000現地單元的程序開發在其內部的WinCE的平臺上利用Visual Basic .NET工具開發，泓格提供了大量的例程，編程較為簡單。

圖4：系統軟件架構 6 結束語 泓格公司的WinCE－Based的WinCon-8000控制器是標準的信息架構，且泓格公司提供了驅動I/O信號的能力，利用Wincon8000架構測控系統具有PLC與PC的雙重優勢。由于WinCE操作系統的實時性以及穩定性，基于WinCE的控制器是將來工業控制領域的一種發展趨勢。本系統利用Wincon8000架構的機械高壓液壓設備測試系統便是的一個較為典型的應用。