利用LabVIEW的測控系統(tǒng)在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)中的應(yīng)用
摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的性能在很大程度上取決于其測控系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。利用計(jì)算機(jī)軟件對試驗(yàn)過程進(jìn)行自適應(yīng)控制以及模糊控制等規(guī)律控制，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)的實(shí)時獲取，并以曲線或表格的形式動態(tài)呈現(xiàn)實(shí)時參數(shù)等已成為測控領(lǐng)域的整體發(fā)展趨勢。本文利用LabVIEW語言編寫了測控系統(tǒng)程序，該測控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)參數(shù)的實(shí)時測量，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和嵌入C語言進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)處理；可對實(shí)時參數(shù)進(jìn)行曲線顯示、存儲和報(bào)表處理；編制的系統(tǒng)軟件具備人機(jī)對話功能，操作簡單、方便。是智能的人機(jī)交互系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)可進(jìn)行恒載荷和恒轉(zhuǎn)矩類型的多種摩擦磨損試驗(yàn)。
l 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)介紹
該摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)又叫Chase試驗(yàn)機(jī)，主要用于對汽車制動襯片的安全情況及摩擦磨損特性做出報(bào)告。用于SAEJ661和ISO7881等標(biāo)準(zhǔn)，對摩擦材料進(jìn)行分級及質(zhì)量控制。
1．1 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的基本要求
為達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定的要求，測控系統(tǒng)必須具備以下功能：測量精度滿足GB／T17469-98的要求；可滿足高速、高溫、高載荷下的測試要求；能完成試驗(yàn)過程中的轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定及摩擦正壓力、摩擦力矩、轉(zhuǎn)速、摩擦轉(zhuǎn)盤溫度、汽缸進(jìn)口壓力等性能參數(shù)的測量；對測量參數(shù)與其設(shè)定值進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制，使轉(zhuǎn)速、壓力和溫度維持在試驗(yàn)要求范圍內(nèi)；能實(shí)時顯示、記錄試驗(yàn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)并生成報(bào)表。
同時，試驗(yàn)過程中摩擦塊與試驗(yàn)盤之間應(yīng)始終保持貼合狀態(tài)，無振動現(xiàn)象；試塊裝卡應(yīng)便利、可靠，無松緩、卡死現(xiàn)象。
1．2 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)環(huán)節(jié)
該試驗(yàn)臺可完成恒轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)和恒載荷試驗(yàn)。恒轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)要求系統(tǒng)通過自動調(diào)整比例閥來控制輸出壓力的大小，使轉(zhuǎn)矩保持恒定。恒載荷試驗(yàn)則要求輸出壓力始終為恒定值。這其中根據(jù)加載的連續(xù)與否可分為：斷續(xù)拖磨和連續(xù)拖磨，該試驗(yàn)機(jī)中跟據(jù)國標(biāo)所進(jìn)行的預(yù)處理試驗(yàn)、終處理試驗(yàn)、磨損試驗(yàn)和恢復(fù)試驗(yàn)都是斷續(xù)拖磨；而第一次衰退試驗(yàn)和第二次衰退試驗(yàn)則屬于連續(xù)拖磨。
2 試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2．1 試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
測控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。
系統(tǒng)中調(diào)速電機(jī)通過變頻器可進(jìn)行無級調(diào)速，輸出氣壓的大小通過調(diào)整比例閥的大小來控制。加熱開關(guān)、風(fēng)機(jī)開關(guān)和壓力開關(guān)則分別通過相應(yīng)的繼電器進(jìn)行控制。
2．2 傳感器
為了精確的完成各類數(shù)據(jù)的測量，完成各個環(huán)節(jié)的測試，裝置中設(shè)置了五個參數(shù)測量傳感器(包括三路溫度傳感器)，其精度滿足GB／T17469-98中所規(guī)定的要求。其具體參數(shù)見表1。
2．3 信號調(diào)理
來自傳感器的信號一般都比較小且極易受噪聲影響，有些信號存在很高的尖峰值，不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之前需先進(jìn)行放大、濾波、隔離等預(yù)處理，也就是信號調(diào)理，下面就其中的兩路調(diào)理電路做簡單介紹，如圖2所示。
在圖2中：
(1)V／I轉(zhuǎn)換電路是將工控機(jī)輸出的1～5 V電壓信號轉(zhuǎn)換成4～20 mA的電流信號。因?yàn)樵撛囼?yàn)機(jī)中的調(diào)節(jié)氣源的比例閥是靠電流來進(jìn)行控制，故首先要將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號。其電路圖見圖2(a)，其比例關(guān)系為：I=VR27／R1R61，其中：V為輸入電壓；I為輸出電流。電路中各個電阻應(yīng)選擇精密電阻，以保證V／I轉(zhuǎn)換的精度。
(2)I／V轉(zhuǎn)換電路是將從溫度、壓力傳感器采集到的4～20 mA電流信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識別的1～5 V的數(shù)字信號。其電路圖見圖2(b)，由上面電路可以推算出其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：V=IR19(1+R107／R99)。其中：I為輸入電流；V為輸出電壓；各個電阻也應(yīng)選擇精密電阻。經(jīng)過對現(xiàn)場的各路信號進(jìn)行測試，可以看出，經(jīng)由調(diào)理電路的處理，輸入／輸出的各路數(shù)字／模擬信號都有明顯的改善，干擾信號大大減少，調(diào)理效果很明顯。
2．4 數(shù)據(jù)采集卡
該系統(tǒng)使用北京研華公司的采集卡PCL-818L和PCL-836，其中PCL-818L卡有16路模擬輸人通道，12位A／D轉(zhuǎn)換分辨率，一路12位模擬輸出通道，一個16位計(jì)數(shù)器，采樣率為40 kHz。PCL-836包括6個獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，10 MHz的計(jì)數(shù)頻率，還有兩個數(shù)字I／O接口。
3 試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
3．1 試驗(yàn)測控系統(tǒng)程序流程
試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)的控制流程如圖3所示。
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