1 需求概述
隨著液壓技術(shù)的迅速發(fā)展及應用領(lǐng)域的日益廣泛，對液壓元件、組件和系統(tǒng)的品種及性能的要求愈來愈高，相應地對液壓測試技術(shù)提出了更高的要求。計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，為測控技術(shù)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(tǒng)的各部件及附件的性能。由于液壓技術(shù)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(shù)、新工藝，其壓力和流量也相繼提高，如此帶來了參數(shù)精確測量、多型泵兼容和系統(tǒng)穩(wěn)定性等問題。因此，為了確定和考核液壓系統(tǒng)及其組成元件的完整的性能參數(shù)、品質(zhì)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(yè)Ethernet接口的新型模塊Wincon8000作為主要現(xiàn)地測試單元，構(gòu)成了分布式的液壓測試系統(tǒng)。基于WinCon8000的測試原理圖見圖1所示。
2 高壓液壓泵測試系統(tǒng)
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(nèi)容有：
① 結(jié)構(gòu)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(xù)超載、連續(xù)滿載等試驗。普通液壓試驗臺利用二次儀表測量流量、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、壓力等參數(shù)，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(shù)多、測點分散，加大測量強度，耗時長；同時，由于測量參數(shù)讀數(shù)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(jù)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(xiàn)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(jié)能的目的。
高壓液壓泵試驗臺動力驅(qū)動選用雙出軸直流電機，配以相位控制晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，該調(diào)速系統(tǒng)采用三相橋式全控電流小閉環(huán)和速度大閉環(huán)組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)進行調(diào)速，滿足高壓液壓泵測試調(diào)速精確、平穩(wěn)、需經(jīng)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(tǒng)的組成
基于Wincon8000的測控系統(tǒng)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(diào)節(jié)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(xiàn)地控制單元泓格ICPDAS WinCon-8331-G 緊湊型嵌入式控制系統(tǒng)發(fā)出測試指令，三臺Wincon8000的ICPDAS I－8017MR 8K實時采集由液壓傳感器發(fā)送來的與被試泵油腔內(nèi)的油壓相對應的電壓信號，并將這一電壓信號進行轉(zhuǎn)換變成數(shù)值量，經(jīng)數(shù)值處理，通過計算得到數(shù)值控制量。然后，將數(shù)值控制量經(jīng)ICPDAS I－8024 8K轉(zhuǎn)換模塊變成相應的模擬控制電壓及經(jīng)ICPDAS I-8050 8K輸入/出數(shù)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(tǒng)的數(shù)學模型、控制要求及控制系統(tǒng) 的純滯后和慣性時間較長，動態(tài)參數(shù)未知，被控對象經(jīng) 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(yōu)化性 能指標綜合自校正控制律，采用遞推最小二乘參數(shù)估 計方法，直接估計控制器參數(shù)。由二部分組成，第一部 分是控制器參數(shù)估計器，第二部分是自校正控制器。
其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
4 硬件系統(tǒng)
4．1 WinCon8000
根據(jù)測試系統(tǒng)對現(xiàn)地控制單元的要求，選擇WinCon－8331－G緊湊型嵌入式控制系統(tǒng)。WinCon-8000具有信號模塊插槽，與PLC等控制器相同的架構(gòu)，主機為PC硬件及WinCE操作系統(tǒng)，如此巧妙地變成使用PC的環(huán)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(guān)量信號（Digital）等多種規(guī)格的產(chǎn)品。在WinCon8000內(nèi)部預裝Windows CE.NET，由于Windows CE. NET是個強實時系統(tǒng)，就產(chǎn)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(tǒng)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(guān)量模塊
開關(guān)量輸入/輸出通道數(shù)：16
輸入/輸出類型：由路線選擇
開關(guān)量輸入：+2V(0)，+4V~30V(1)
開關(guān)量輸出：集電極開路輸出：125mA/路
5 系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)軟件采用基于Windows2000的Visual C＋＋開發(fā)，并加以SQL Sever數(shù)據(jù)庫，并加載泓格公司提供的Wincon8000的OPC服務，實現(xiàn)上位機的管理程序。系統(tǒng)程序框架見圖4所示。
WinCon8000現(xiàn)地單元的程序開發(fā)在其內(nèi)部的WinCE的平臺上利用Visual Basic .NET工具開發(fā)，泓格提供了大量的例程，編程較為簡單。
圖4：系統(tǒng)軟件架構(gòu)
6 結(jié)束語
泓格公司的WinCE－Based的WinCon-8000控制器是標準的信息架構(gòu)，且泓格公司提供了驅(qū)動I/O信號的能力，利用Wincon8000架構(gòu)測控系統(tǒng)具有PLC與PC的雙重優(yōu)勢。由于WinCE操作系統(tǒng)的實時性以及穩(wěn)定性，基于WinCE的控制器是將來工業(yè)控制領(lǐng)域的一種發(fā)展趨勢。本系統(tǒng)利用Wincon8000架構(gòu)的機械高壓液壓設備測試系統(tǒng)便是的一個較為典型的應用。
