组态技术在液压泵测试系统中的应用.pdf

2 0 1 0年 4月 第 3 8卷 第 8期 机床 与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS Ap r ． 2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 0 8 ． 0 3 5 组态技术在液压泵测试系统中的应用 李娟 陕西理工学院电气工程 系，陕西汉中 7 2 3 0 0 0 摘要介绍通用组态软件组态王的功用，并根据液压泵试验的测试特点和具体要求 ，设计一种适用于液压泵性能参数 测试的计算机系统。在 Wi n d o w s 2 0 0 0操作系统下用组态王编写控制界面，利用 MA T L A B实现性能曲线的绘制。通过该软件 能够生成用户所需的各种报表、曲线。 关键词液压泵；测试 ；组态王；MA T L A B ；性能曲线 中图分类号T P 2 0 6 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 8 0 9 5 3 Ap pl i c a t i o n o f Co n fig ur a t i o n Te c hn i q ue i n Hy dr a u l i c Pu mp Te s t S y s t e m L I J u a n E l e c t r i c a l E n g i n e e r D e p a r t me n t ，S h a a n x i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，H a n z h o n g S h a a n x i 7 2 3 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e f u n c t i o n s o f c o mmo n c o n f i g u r a t i o n s o f t w a r e K i n g Vi e w we r e i n t r o d u c e d ， a k i n d o f c o mp u t e r t e s t i n g s y s t e m a p p l y i n g t o t e s t i n g ma n y k i n d s o f g e a r p u mp wa s d e s i g n e d b a s e d o n t h e c h ara c t e r i s t i c s a n d d e ma n d s f o r h y d r a u l i c g e ar p u mp t e s t ． Th e c o n t r o l i n t e r f a c e w a s w r i t t e n b y Ki n g Vi e w． a n d MAT L AB Was u s e d t o d r a w g e ar p u mp c h ara c t e r i s t i c c u n e ． Al l f o r ms an d c u r v e s t h a t u s e r n e e d e d c o u l d b e c r e a t e d ． Ke ywo r dsPump；Te s t ； Ki ng Vi e w；MATLAB； Chara c t e ris t i c C H I V e 液压泵计算机辅助测试 ，简称液压泵 C A T ，它在 提 高测试精度 、测试速度 、测试的重复性和可靠性方 面 ，以及在节省人力 和能源方 面提供 了必要 的保 证 ， 因此受到 了普遍的重视 。 在软件上 ，过去 的液 压泵 C A T系 统 因用单 片 机 做主机 ，多用汇编语 言编写软 件 ，采用 P C机后 使用 汇编语言和高级语言混合编程。目前 ，很多系统已采 用高级编程语言 环境 如 V B、 V C等 和组态 软件 编写应用程序 ，大大缩短了测控软件的开发时间。液 压泵性能测试涉及 变量较 多 ，对 图形 功 能要求较 高 ， 所 以用工业组态软件来开发效率更高 。 1 组态王软件介绍 组态王是在 P c机上建立工业控制对象人机接 口 的一 种 智 能 化 软 件 包 ，它 以 Wi n d o w s 2 0 0 0 ／ Wi n d o w s X P ／ Wi n d o w s N T 4 ． 0中文操作系统作为其操作平 台， 图形功能完备 ，界 面一致性好 ，易学易用 。 组态王 的主要功能如下 1 基本的人机界面功能 组态王有很好的人机界面 ，为用户提供了丰富的 快速应用设计的工具 、便利的集成开发环境。 2 强大的通讯功 能 组态王把每一台与之通讯的设备都看作是外部设 备，目前能连接 P L C 、智能仪表 、板卡、模块、变频 器 等几百 种外部设备 。此外 ，组态王还提供驱动程序 开发软件包 ，用户可使用此软件包编制 自已系统所需 的驱动程序。 3 高效的数据采集 组态王对通讯程序做 了多种优化处理 ，尽量使通 讯瓶颈对系统的影响最小，同时保证数据传递的及时 和准确 。 4 故障诊断与恢复 组态王精心优化了通讯故障的诊断机制，可以在 极短的时间 1 2 个采集周期内报告故障的发生 ， 并诊断出出现故障的下位机 ，非常有助于现场工程师 及时排除 险情 。 5 先进的报警和事件管理 完善的 “ 监控和数据采集系统”应当能检测到 非正常状态的发生，并将报警信息按照正确的顺序登 录到数据库，以便事后对它进行分析。它还提供了多 种报警 管理功 能 ，包括 基 于事件 的报警 、报警分组 管理、报警优先级、报警过滤、死区和延时等功能。 6 广泛的数据获取和处理 组态王能够将数据从不 同的数据源取过来 ，并直 观、形象地显示 出来 ，供操作和管理人员操作和分 析。在组态王的开放结构中，系统可以与广泛的数据 源交换数据，如 I ／ O驱动程序、O D B C数据库、O P C 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 0 3 作者简介李娟 1 9 8 1 一 ，女 ，教师，研究方 向为电力电子与 电力传动。电话1 3 0 3 8 4 6 5 8 0 2 ，E～m a i l l i j u a n 2 6 3 9 6 机床与液压 第 3 8 卷 服务器、动态数据交换 D D E 、A c t i v e X控件等，同 时可 以将数据以趋势 、报表等形式显示出来 。 7 组态王组态和编程 组 态王可读取监测到的设备运行状 态 、模拟量采 样数据等信息 ，根据这些实时数据，在屏幕上动态显 示各个储运流程情况 ，包括各个控制设备的运行情况 等。一旦发现故障报警信息，系统即显示明显报警画 面 ，向外部设备发 出相应动作指令 ，保存并记忆故障 发生的时间、方位和原因等原始数据 ，还可根据客户 需求保存历史数据 ，定时、实时打印数据 。 2 组态王在测试 系统中的应用 2 ． 1 系统功 能模块 设计 主要功能模块设计如 下 1 温度 、压力 、速度 、扭矩 、流量采 集模块 。 采集温度、压力等模拟量 ，是试验的核心，通过这些 信号来控制系统的工作过程。在组态王软件中，可将 温度 、压力等参数定义成 I ／ 0变量 ，通过变量 寄存器 的定义与对应的硬件相连 ，引用这些变量便可得到相 应的参数。 2 试验 项 目选 择 控制模 块 。该模 块 包含 7个 试验项 目空载试验、满载试验 、效率试验、压力振 摆检验、超速试验、冲击试验、超载试验。不同试验 选择不同试验界面，在此通过一个菜单控件，在系统 运行时，用控件的浮动菜单转换各性能特性的界面， 实现试验项 目选择功能 。 3 试验数据 记 录 、显示 及 打 印模块 。试验 时 用报 表记 录试 验数 据 ，用 来分 析试 验结 果及 产 品性 能 ，也是给用户 的试验报告 。在 组态 王中有专用 的报 表窗 口，用报表窗 口绘制数据报表 ，报表格式 跟 E X C E L的格式一样，设计方便。为数据报表做一报表菜 单 ，菜单包括打印、保存 、打印预览、页面设置等 功能，方便数据报表的管理。 4 试验 数据处 理模 块。该模 块 主要对 试验 数 据进行转换和计算，将传感器测量的信号进行标度转 换 ，变成标准单位的数值。有些参数值不是直接测量 得到 ，而是利用 己有的参数通过数学公 式计算得到 。 5 性能曲线显示模块。试验的各性能特性通 过曲线来描绘，包括等效率曲线 、功率、流量、效率 随压力变化 的曲线等 。由于各曲线是连续 的 ，而采集 到的数据 即使再多也是离散的 ，而且采集 的数据都有 一 定的误差，所以不能单单由采集到的数据来画性能 曲线 ] 。要用采集到的离散数据进行曲线的拟合 ，使 画出来 的性能 曲线接近真实的曲线 。这部分是系统的 难点也是重点 。对 于该 系统来说 ，组态王可 以满足绝 大部分的设计要求 ，但在绘制泵 的性能 曲线 、尤其 是 泵 的等效率 曲线时 ，组态 王就显得 有些力 不从心 了 ， 因而 就需要用其他 的应用软件进 行开发 。 目前常用的 处理液压泵性 能试验 数据 的方 法有手 工作 图法 、V B 程序处理法等。手工作图法在计算机普及以前应用最 广泛，但缺点是工作量非常大；V B程序处理法操作 简单 、易于修改 ，但也存在一定 的缺陷 ，即编程处理 矩阵比较困难，算法也不够稳定。该系统采用的方法 是借助 MA T L A B软件 提 供 的 良好 环境 ，编 制 出界 面 美观 、算法快速稳定 、交互性好 的齿轮泵试验数据处 理程序 ，绘制出精确 的拟合 曲线 。 2 ． 2软件 界 面设 计及 其程序 代码 的 实现 该系统共设计了 5个界面，分别完成相应的功 能，其中主控界面是最为重要的界面，如图 1 所示。 在这里可 以通过 按动 相应 的按 钮 ，进行 齿轮泵 的空 载、满 载、效率等试验并观测 各个仪表 的读数 。 图 1 主控界面 在界面设计的过程中 ，许多功能 的完成需要靠命 令语 言的编译执行来完成。在该 系统 中应用 了大量 的 命令语言 。下面两段分 别是试验记 录保存 、历史记 录 查询程序语言 。 1 保存记 录 s t r i n g F i l e Na me； s t r i n g r e p o r t n a me； l o n g h a n d l e ； 自定义变量 r e p o r t n a m e ＼ ＼ 本站点＼ 存表名 ” ． r t l ” ； F i l e N a m e I n f o A p p D i r ” 报表 ＼ ． ． r e p o r t n a m e ； h a n d l e I n f o F i l e F i l e n a m e ， 1 ， ＼ ＼ 本站点＼ 分 ； i f h a n d l e 0 、 { F i l e N a m e I n f o A p p D i r ” 报表 ＼ ． | ＼ ＼ 本站点 ＼ 存表名 ” ． r t l ” ； R e p o s a v e a s ” 试验报 告” ， F i l e N a m e ； C l o s e P i c t u r e ” 保存” ； } i f h a n d l e 1 { S h o w P i c t u r e ” 另存 ” ； } 打印设 置 R e p o r t P a g e S e t u p ” 试验报告” ； 打印预览 R e p o r t P ri n t S e t u p ” 试验报告” ； 第 8 期 李娟组态技术在液压泵测试系统中的应用 9 7 打印 R e p o r t P r i n t 2 ” 试验报告” ； 2 记录查询 s t r i n g F i l e Na me； F i l e N a m e I n f o A p p D i r ” 报表、 ． 、 、 本站点 ＼ 报表 名 ； R e p o L o a d ” 查 询试验 报告” ， F i l e N a m e ； 2 ． 3性 能 曲线 的绘 制 组态 王 虽 然 提 供 了强 大 的 人 机 界 面 和通 讯 功 能，但其绘图能力不强 ，难以绘制复杂的图形 ，而 MA T L A B软 件 拥 有 强 大 的工 程 计 算 和 图像 处 理 功 能 。因此 该 系 统 用 组 态 王 开 发 上 位 软 件 ，并 用 MA T L A B绘 制泵 的性能 曲线 。组态 王 工控 软件 提 供 S Q L访问功能，能够和其他外部数据库间进行数据 传输 ，将 采集 到的数 据存储 在数 据 库文件 中 。 M A T L A B可用数据库工具箱 函数实现它与数据库之 间的通讯 。因此 该系统 利用 组 态王 软件 开发 试 验 监控 和数 据采集 界 面 ，-A c c e s s 作 为数 据 库进 行 试 验 数据的存储 ，在 M A T L A B平台上编制齿轮泵性能曲 线 绘制程序 。通过分别 实 现组 态王 与数 据 库 的连接 及 MA T L A B与数据库的连接后 ，即可建立一个完整 的数据采集 及处理 系统 ，实 现组 态王 与 M A T L A B间 的数据传递 。 1 组 态王与 A c c e s s 数据库实现连接 利用组态王实现数据传输必须在系统 O D B C数据 源 中定义相应数据库 ，然后在组态王 中用 以下命令语 言建立和数据库的连接。 S Q L C r e a t e T a b l e D e v i c e I D ， ” T a b l e o n e ” ， ” T a b l e l ” ； S Q L C o n n e c t D e v i c e I D， ”d s nm i n e ； u i d ； p w d ” ； S Q L I n s e r t D e v i c e I D， ” T a b l e o n e ”， ” b i n d l ” ； S Q L D i s c 0 n n e c t D e v i c e I D ； 2 M A T L A B与 A c c e s s 数据库的连接 MA T L A B对数据库 的操作 ，是通过先获得数据库 的句柄 ，然后 通过函数实现 M A T L A B与数据库 连接 ， 将数据导入 到 MA T L A B的工 作空 间 中 ，对数 据库 进 行操作，实现 MA T L A B与数据库的双 向通信。具体 程序 如下 f u n c t i o n d a t a c o n n d a t a b a s e m i n e ， ” ， ” ； 建立连接 p i n g c o n n ； 获取 O D B C信息 s e t d b p r e f s D a t a R e t u mF o r m a t ， n u m e ri c ； c u r s o r e x e c c o n n ， s e l e c t f r o m T abl e o n e ； c u r - s o r f e t c h c u r s o r ； 从 指针 中取得数 据 A c u r o r ． d a t a ； 将数据给变量 A c l o s e c u r s o r ； 关 闭指针 c l o s e c o n n ； 关 闭数据库 执行函数 d a t a 即可将组态王在 A c c e s s中创建 的数据调用到 M A T L A B中，并赋值给矩 阵变量 A ， 以便在 M A T L A B中进 行数据 的进一 步处理 。 3 测试结果 对某公司生产的齿轮泵进行测试 ，根据试验数据 绘制性能曲线 以等效率曲线为例如图 2 所示。 ． 口 旱 壤 图2 等效率曲线 4结束语 作者采用组态王开发泵性能参数计算机测试系统 软件 ，可对泵在运行中的各个参数和性能指标进行测 量 和现场数据采集 ，根据测试要求改变工况 ，同时对 所测得参数进行计算机处理、制表、打印并绘制出参 数 的试验 曲线 。该系统软件组态画面直观形象 ，操作 简单易学 。 参考文献 【 1 】组态王使用手册[ M] ． 北京亚控科技发展有限公司． 【 2 】张志涌． 精通 M A T L A B 6 ． 5 [ M] ． 北京 北京航空航天大 学 出版 社 ， 2 0 0 3 ． 【 3 】飞思科技产品研发 中心． M a t l a b 7基础与提高[ M] ． 北 京 电子工业出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 4 】 关业伟 ， 鲁凯生． 组态王和 M A T L A B的 D D E应用研究 [ J ] ． 船海工程， 2 0 0 5 6 5 0 5 2 ． 上接 第5 8页 的弹簧刚度及其 动力 刚度 ，在主阀上腔加 滑动配合 的 环形套 ，采用 多级卸 荷方式 ，改变先 导阀前腔 以及主 阀上腔的容积 ，在纯水液压溢流阀的控制管路中设置 节流阀或单向阀，选择具有 自润滑特性和减振性能良 好的摩擦副材料等措施最大限度地减少纯水液压溢流 阀的噪声，同时提高阀的使用寿命。 参考文献 【 1 】赵恩刚． 数字式纯水液压溢流阀的设计研究[ D ] ． 昆明 昆明理工大学， 2 0 0 8 ． 3 ． 【 2 】王海兰， 陶新良． 降低液压阀噪声的探讨[ J ] 。 流体传动 与控 制 ， 2 0 0 5 1 2 2 9 3 1 ． 【 3 】 左健民． 液压与气压传动[ M] ． 2 版． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 0 5 ．