液压式力标准机的自动化改造研究.pdf

7 2 2 0 1 0年 2月 中国制造业 信息 化第 3 9卷第 3 期 液压式力标准机的自动化改造研究 冯鸿钦 闽西职业技术学院 机械工程系 ， 福建 龙岩3 6 4 0 0 0 摘要 为降低操作人员的劳动强度 ， 提 高力标准机的准确性和可靠性 ， 在介绍 了开放式数控技术 特点的基础上 ， 提 出运用将 NC嵌入到 P C型系统的方法对 力标准机进行改造， 实现力标 准机的 自动化 ， 并说 明 了该 方法 的可行性 和 可扩展性 。 关键词 力标 准机 ； 控 制 系统 ； 自动化 中图分 类号 T P 2 7 1 ． 3 1 文 献标识 码 B 文章编 号 1 6 7 21 6 1 6 2 0 1 0 0 30 0 7 20 2 力标准机是力学计量 中对力传感器 、 测力仪 、 称重仪表等进行检定或测试 的设备。目前绝大多 数区域计量站 、 省市计量局以及工厂计量部门的力 标准机都是 2 0世纪六七十年代的产品， 限于当时 的技术水平 ， 力标准机的电气控制部分较为落后 ， 只能实现手动加荷 、 卸荷控制 ， 工作效率较低 ； 经过 二三十年的使用 ， 这些力标准机的电气控制部分已 严重老化， 故障频繁， 有的已无法正常工作 ， 造成力 标准机瘫痪， 严重影响了科研、 生产和计量工作 的 顺 利进 行 。随着计算 机技 术和数 控技术 的发 展 ， 在 力值计量中， 数控化装备以其操作方便 、 控制先进、 稳定性能好等优点 ， 越来越受到企业的欢迎。 国内一些单位在力值计量 自动化方面做 了很 多有益 的工作 ， 或采用单片机 ， 或采用工业 P C P L C， 或采用单 片机控制 通用 P C进行数据 处 理 1 3 j ， 但均是一些专用的 自动控制系统 ， 只能适 用于特定的力标准机 ， 其体系结构总体来说是封闭 的 。 1 开放式数控技术与力值计量 数控技术是一种采用数字信号对运动进行控 制的 自动控制技术。开放式数控技术则是为了解 决 变化频 繁 的需求 与封 闭控 制 系统之 间 的矛盾 ， 建 立一个统一的可重构的系统平 台， 增强数控系统的 柔性 。 开放式系统 中普遍采用模块 化、 层次化 的结 构 ， 系统各部件具有可移植性和可扩展性 ， 开发式 系统允许用户根据需要进行选配和集成各部件 ， 更 改或扩展系统的功能 ， 从而迅速满足不同的应用需 求 。 随着计算机技术 的飞速发展以及其标准化和 开放性大大提高 ， 出现了基于 P C的开放式数控系 统。这种类型数控系统由于性价比高、 市场竞争力 强而倍 受欢 迎 。 基 于 P C的 开 放 式 数控 系 统 能充 分 地 利 用 计 算机的软硬件资源 ， 可使用通用的高级语言方便地 编制程序 ， 用户可方便地将标准化 的外设 、 应用软 件进行组合和使用 ， 也便于实现网络化。基于 P C 的开放式数控系统主要有 P C嵌入 NC型、 N C嵌 入 P C型、 软件 NC _ 4 J 。其中 NC嵌入 P C型系统是 在通 用 P C 的 扩 展 槽 中插 入 专 用 的 C NC卡 组 成 的 ， 它能够充分地保证系统性能， 软件 的通用性强 ， 并且编程处理灵活， 得到了广泛的应用。 N C嵌入 P C型开放式数控系统一般 由开放式 运动控制卡 P C机组成。开放式运动控制卡一般 具有强大的运动控制和逻辑控制能力， P C机则通 常采用工业计算机 ， 从而能充分利用其丰富的软硬 件 资源 。用 户 可 以选 用 许 多 流 行 的 编 程 软 件 ， 如 D e l p h i 、 Vi s u a l C、 C B u i l d e r 等 。这 样 可 以 较好地改善数控系统 的用户界面 、 图形显示 、 动态 仿真以及网络通讯等功能。 在力值计量中， 采用 NC嵌入 P C结构， 则可将 力标准机的自动控制与数据处理很 自然地集成到 工业 P C上， 利用 Vi s u a l Cq -编程 ， 开发简单； 在 流行的 Wi n d o w s 操作系统下运行 ， 使用方便 ； 由于 P C机和运 动控制卡均具有开放性 ， 从而使得整个 系统具有很好的开放性和可重用性。然而 ， 传统的 力标准机大多是手动操作的模式， 不具备与数控系 收稿 日期 2 0 0 90 80 7 作者筒介 冯鸿钦 1 9 6 3 一 ， 男， 福建龙岩人， 闽西职业技术学院高级讲师 ， 主要研究方向为机械加工机床的自动化控制、 数字化模具设计和加工。 应用研 究 冯鸿 钦液压 式力 标 准机 的 自动化改 造研 究 7 3 统简单连接 的接 口， 所以首先必须选用数字式的控 制 元件 ， 改 变原来 的控制方 法 。 2 液压式 力标 准机的数控 化 由于原来 的手动液压阀无法和计算机连接 ， 故 首先将力标准机的控 制元件液压 阀改为新型的数 字阀L 5 j ， 此种数字 阀可以用运 动控 制卡来精确 控 制 ， 以实现预定的目标 。 系统采取模块化 、 层次化设计思想。整个系统 可分为 3个部分 力标准机本体 、 控制板卡和工业 P C机 ， 如 图 l所示 。 示器 } 一 i -r 煅机 曰崔 打 日 J机 }一 ● ● ● l I ／ 0 l 控 制 板}l 采集 I l 上 上 ．_ L _ j l 数 数 砝 位 兑 字 传 码 簧 衡 液 液 感 加 检 指 功 压 n 卸 器 祓 测 可 ‘ 能 阀 阀 l 2 二 ] 圣 一 旁 I 图 1 系 统 总 统 结 构 控制功能上则将图 1所示系统划分为 C P U模 块 、 输入偷 出模块 、 数据采集模块和光电检测及强 电控制电路等 4个组成部分 。 C P U模块是整个控制系统 的核心 ， 主要 负责 对 力标 准机 进行控 制并 处理 检 测数 据 。 输入输出模块则是 由 I ／ O接 口卡和控制板 卡 上 I ／ 0口组成 ， 输入和输出通道各为 3 2路 ， 可根据 具体情况增加或减少。 C P U模块和输人 出模块采用 的都是标 准 化的设备 ， 本身即具备开放性和可扩展性 。 数据采集模块 由压力传感器 和数据采集 卡组 成 ， 传感器和采集卡 之间采用 R S 2 3 2通讯协议进 行通讯。在不同的系统 中， 只需根据需要选定不同 的传感器 ， 然后在软件中改变相关初始变量 即可实 现功 能 。 光 电检 测及 强 电控 制 电路 由于 和 力标 准 机 本 体融为一体 ， 只可能是针对本机 的专用模块 ， 但这 部分在整个 自动控制系统中无论成本还是工作量 均 较小 。 从上面的硬件系统设计部分可以看出 ， 整个力 标准机 自动控制系统在实现 自动化 的同时具有高 度 的开放 性 和可 扩展性 。 软件部分采用模块化设计 ， 如图 2所示。 系统J ij 动 ≯ 踌姻她 √0 被 ● 獭萼 翩相懒 检 定结束 图 2程 序 模 块 不同量程的力标准机在初始化模块中调用不 同的配置文件 ； 对于液压式力标 准机 ， 其加载子系 统模块是一致的 ， 对于不 同的加载级数 已在初始化 模块里定义了相应的参数 ； 数据处理和报告打印根 据检定规程 J J G 2 9 5 8 9来确定 ， 格式统一 。 运用上述方案 ， 笔者对一 台液压式 6 0 0 k N 二 等力标准机进行了改造 。改造后力标准机 自动化 程度大大提高 ， 用户操作方便 ， 计量准确 ； 经过一段 时间的使用表明， 使用情况 良好 ， 系统各项指标达 到 了设 计要 求 。 3 结束语 利用开放式数控技术对力标准机进行数控化 改造 ， 实现了力标准机 的操作 自动化和数据采集处 理 自动化 ， 降低 了操作人员 的劳动强度， 提高了效 率 ， 减少了人为因素对计量精度的影响， 提高了计 量检定数据的准确性和可靠性。 由于采用 工业 级 P C机 、 数 字式 控 制 元 件 与成 熟 的控制 板 卡 ， 系 统搭 建方 便 ， 具 有 良好 的开放 性 ； 软件上使用 C、 C等高级语言 ， 在 Vi s u a l C 环境下编程容易 ， 开发快捷 ， 可推广性强 ， 只需对软 件配置文件稍加改动就可 以适用于其他机 型的力 标准 机及 试验 机 。另外 ， 系 统 的主要 硬件 部分 为通 用的计算机系统 ， 力标准机报废后还可以在其他控 制场合 得到应用。该 系统操作 方便、 性能稳 定可 靠 ， 故具有较高的推广价值。 参考 文献 [ 1 ] 石雪松 ． 论力值计 量 的实 时集 成 自动 化系统 [ J ] ． 计量 技术 ， 2 0 0 1 6 3 13 6． [ 2 ] 邵树 兵 ． 力 值计 量 自动 化 的技 术 改造 [ J ] ． 结 构强 度研 究 ， 2 0 0 1 3 2 9 3 5 ． [ 3 ] 郑建翔 ， 董春虎 ． 杠 杆式力 标准机 自动控 制 系统 [ J ] ． 航 空计 测技术 ， 2 0 0 1 6 1 8 2 2 ． [ 4 ] 李爱 平， 张建 国． NC嵌 入 P C型开 放式数控 系统 的研究 [ J ] ． 组合机床与 自动化加工技术 ， 2 0 0 1 1 2 4 24 7 ． [ 5 ] 阮健 ， 裴翔 ， 李胜 ． 2 D电液数字换向阀[ J ] ． 机械工程学 报， 2 0 0 0 3 2 3 2 7 ． 下转 第 7 7页 应用研究 金德智 韩美贵杨建明 基于系统论 的文化体系结构模型研究 7 7 传统。近两百年 ， 西方文化主导世界 ， 在器物层 ， 创 造了许多的科技成果 ， 使得人类物质生活水平大大 提高 。然 而 同 时 ， 也 造 成 了 生 态 和 环 境 的 巨大 污 染。人们在追求物 欲 的满足 中， 精神则 失去 了寄 托 ， 道德 水平 出现 不断 的下 滑 。 而 中 国文 化在 器物 层则 没有 西 方独立 的宗 教 、 哲学及法律 、 政治、 伦理等学科分类和界定 。器物 层主要表现为疏 于定义和论证 的学说。如 周易、 五行、 阴阳、 中医、 天文 、 文学等。但是它们具有一 统性 的特点 以心性 之学 为核心 。在 黄帝 阴符 经 、 黄帝 内经 、 道德经 、 淮南子 天文训 、 管 子 、 五行 等书 中， 阴阳、 五行 、 方位 、 四季 、 天干、 地支等 内容 系统地联 系在 了一起 ， 并 相互对 应。 庄子 、 大学 、 中庸 、 论语 、 孟子 、 史记 等 等皆是 中国文化之心性学 的体现。阐明人 的外在 行 为是 内在 精 神 生 活 的体 现 。 心性 通 于 人 的生 活 之 内 ， 外及 人与 天之 枢纽 ， 贯通 天 文 、 历 法 、 养生 、 社 会伦理、 道德、 内心修养、 宗教精神 、 科学发明、 艺术 创作等等 ， 正是天人合一思想的具体体现。 4 结束语 文化是一个 系统 ， 从文化体 系 的结 构模型 易 知 ， 文化 的精 髓 在 于 价值 观 念 层 。中 国 文化 以“ 心 性” 为一切价值之根源 ， 以修身为本 。用两个字来 概括 就是 “ 道 ” 和 “ 德 ” 。而 当 前 的西 方 文 化 ， 以逻 辑思维和实证分析为手段 ， 向外 开拓 ， 知进 而不知 退 ， 信奉“ 恺撒的归恺撒 ， 上帝 的归上帝” ， 缺乏道德 的追求。因此 ， 复兴 中国传统文化 ， 弘传 “ 天人合 一 ” 和“ 重德行善” 的精神， 达到人与 自然、 社会的和 谐共处， 是 当代 中国知识分子的道德责任与义务 。 参考 文献 [ 1 ] 韦森 ． 文化与秩序[ M] ． 上海 上海人 民出版社 ， 2 0 0 3 1 9 21 ． [ 2 ] 泰 勒 ． 原始 文 化 [ M ] ． 蔡 江 浓 译 ． 杭 州 浙 江人 民出 版社 ， 1 9 8 8 13 [ 3 ] 马林诺夫斯基 ． 文化论[ M] ． 费孝通 译 ．北京 商务 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t e m ，a na l y z e s t h e i n t e n s i o n o f c ul t u r e ，a n d b u i l d s a s t r u c t u r e mo d e l o f c u l t u r e s y s t e m．Af t e r c o mp a r i n g t h e t r a d i t i o n c u l t u r e b e t we e n C h i n e s e a nd we s t e r n，i t i n t r o d u c e s t h e gr e a t s i g ni f i c a nc e o f s p r e a d i n g t h e Ch i n e s e t r a d i t i o n c ul t u r e i n o r d e r t o r e m e d y t h e l a c k o f mo r a l i t y i n we s t e r n c u l t u r e ． Ke y wo r d s S y s t e m The or y；Cu l t u r e Sy s t e m ；St r u c t u r e M o d e l ；Co m p a r i s o n 上 接第 7 3页 S t u d y o n t h e Au t o ma t i z a t i o n Co n t r o l S y s t e m o f t he Fo r c e S t a n d a r d M a c h i n e FENG Ho n g q i n Mi n x i Vo c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e ，F u j i a n L o n g y a n ， 3 6 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o i m p r o v e t he v e r a c i t y a n d r e l i a bi l i t y o f t he f o r c e s t a nd a r d ma c hi n e a nd d e p r e s s e t h e l a b o r i n t e ns i t y o f t h e wo r k e r s，i t i nt r o d u c e s t h e a d va nt a g e o f t he o p e n n u me r i c a l c o nt r o l t e c hn o l o gy，a n d s ho ws t h e r e c o ns t r uc t i o n o f t he f o r c e s t a n da r d ma c hi n e b a s e o n o p e n CNC s y s t e m ，a n a l y z e s t h e f e a s i bi l i t y a n d e xp a n s i b i l i t y o f t hi s s y s t e m ． Ke y wo r d s Fo r c e St a n d a r d M a c h i n e；Co nt r o l Sy s t e m Au t o m a t i z a t i o n