基于LabVIEW的百吨级阻尼器综合性能试验台测控系统的研制

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78 液压与气动 2013年第1O期DOI：10．11832／j．issn．1000-4858．2013．10．021基于 LabVIEW 的百吨级阻尼器综合性能试验台测控系统的研制陆仲良 ，朱晓民 ，郝明金Development of Measure—control System Based on LabVIEW of theComprehensive Performance Test Bench for 1 00 t DampersLU Zhong．1iang ，ZHU Xiao．min ，HAO Ming．jin(1．江苏电力装备有限公司，江苏 常州 213012；2．北京机械工业自动化研究所 ，北京 100120；3．爱立信(中国)通信有限公司，上海 200335)摘 要：针对百吨级阻尼器综合性能试验的特殊要求，研究开发了一套具备高精度、大载荷、宽频响等特点的百吨级阻尼器综合性能试验 台测控 系统 ，使 用虚拟仪 器软件 LabVIEW 作 为系统软件的开发平台，采用模块化方法进行软件设计，实现测控系统各功能需求。现场试验和使用结果表明：研制的测控系统运行良好，加载控制精确，试验数据可靠。

关键词：阻尼器；综合性能试验台；虚拟仪器；系统软件中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)10-0078-04引言阻尼器是一种对冲击性流体振动和地震性管系振动控制灵敏的装置，它能够衰减和吸收振动冲击的能量，主要用于对核电厂、钢铁厂、化工厂、火电厂等的设备管道进行减振。为了对阻尼器进行性能试验，保证阻尼器产品质量，必须开展阻尼器综合性能试验台及其测控系统的研制工作。本研究提及的阻尼器综合性能试验台可以通过一套电液伺服位置／力控制系统模拟振动环境，对被试阻尼器进行激振加载，完成相关的试验测试项目，阻尼器的名义载荷可达百吨。其测控系统的主要功能是对试验参数和数据进行采集、传输、存储和处理，并保证试验台对阻尼器进行激振加载的控制精度。

1 阻尼器综合性能试验台测控系统设计要点1．1 基于 OPC技术的通讯OPC(OLE for Process Contro1)是以微软的 COM／DCOM对象模型为技术基础，采用对象嵌入与链接技术，使计算机与现场设备能够以客户端／服务器方式进行数据交互，并将数据传递给应用程序。

传统通讯方式中，为与多种应用软件通讯，设备必须加载各种不同的驱动程序。这既造成了系统开发和设备选型的困难，又延缓了设备厂商产品的研发进度，极大地制约了工业通讯的发展。

OPC技术的诞生解决了上述问题，它提出了一种数据交换标准，以此来规范设备驱动程序的开发。设备厂商不必针对应用软件开发多种驱动，只需开发一套符合 OPC规范的驱动，即可满足设备与多种应用软件通讯的要求，使计算机与现场设备能够灵活和便捷地连接。以计算机应用软件 x、Y、z与设备 A、B、c、D为例，OPC技术的通讯方式如图1所示。

1．2 数据库存储与管理ODBC(Open Database Connectivity)提供了访问数据库的标准API函数，它是微软开放数据库中的一个组成部分，其具备以统一方式处理各类数据库的优点。

但对于数据库系统开发而言，直接调用这些 API函数会比较繁琐。为了更容易地开发数据库系统，微软又收稿 日期：2013-08—26作者简介：陆仲良(1957一)，男，江苏常州人，_【程师 ，主要研究方向为阻尼器及其试验技术研究。

2013年第1O期 液压与气动 79应用程序x(OPC客户端)应用程序Y(OPC客户端)应用程序Z(OPC客户端)0PC服务器oPc驱动程序l loPc驱动程序l loPc驱动程序l l0Pc驱动程序设备A l l 设备B l I 设备C I l 设备D图I 基于 OPC技术的通讯方式设计开发了ADO(ActiveX Data Objects)数据库对象模型。应用程序通过 ODBC和 ADO访问数据库的过程如图2所示。

应用程序ADO0DBCAPI驱动程序 驱动程序 驱动程序I I Il数据源l l数据源I l数据源l图 2 利用 ODBC和 ADo访 问数据库1．3 信号滤波方法针对信号处理，通常采用滤波器进行滤波，将信号频率中的有效成分提取出来，并衰减噪声成分。在试验台测控系统运行过程中，通过对传感器采集的位移、力信号数据进行滤波，可以获得准确的实时曲线数据，完成对阻尼器试验结果的分析。

巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔是最为常用的滤波器类型，介绍它们各自的特点如下。

1)巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器的频率响应具有平滑且单调递减的优点，通阻带间过渡缓慢的不足，可以用提高滤波器的阶数 Ⅳ来进行弥补。

上述巴特沃斯滤波器的频响特性可由其幅频函数得出1 l ( )l 1)^， 1 l 、 ，当 > 时，随着 的增大I (加)l迅速下降，Ⅳ越大，下降越快，下降速度与阶数Ⅳ成正比，过渡带从而就越窄。式中 是滤波器 3 dB的截止频率。

2)切比雪夫滤波器切比雪夫 I型低通滤波器具有等波纹的通带响应，其衰减特性可参考幅频函数如下：1I ( )l )当 > 时，l ( )l单调衰减，』＼，越大，衰减越快，其阻带衰减的速度主要由阶数 Ⅳ决定。

切比雪夫 I型低通滤波器具有等波纹的阻带响应，阻带内幅频响应的波动由 控制。

3)贝塞尔滤波器鉴于上述三种滤波器未考虑相频响应的不足，贝塞尔滤波器具有通带相位近似线性响应的优势。与其他滤波器相比，贝塞尔滤波器的缺点是过渡带较宽，过渡过程缓慢。其 Ⅳ阶系统函数为：Ha(s) (3)2 测控系统主要模块实现2．1 设备监控模块本模块采用 OPC技术进行上位机软件与 PLC间的通讯，：通过对试验台中S7系列 PLC的读写，完成试验台液压设备的开关显示和启停操作。

作为 OPC服务器，KEPServerEx通过创建与 PLC变量地址对应的标签，实现对 PLC变量的读写。作为OPC客户端，设备监控模块利用 LabVIEW 提供 的DataSocket技术，实现对服务器端标签数据的访问，完成 PLC变量的控制，从而显示设备状态和启停相关设备。其通讯方式实现如图3所示。

i匿 }．_ 竺 堡：OPC客户端 OPCI]~务器 ：上位机图3 设备监控模块的通讯方式2．2 数据库管理模块为便于维护用户信息和试验记录，数据库管理模块实现了用户帐号和试验数据的保存、查询功能。本模块创建了 Microsoft Ofice Access类型数据库，通过调用 LabSQL的数据库 VI函数，使用和解析 SQL语句语法，实现了读写数据库的操作，达到了操作方便和易于理解的目的。

2．3 数据采集模块数据采集模块通过调用采集卡提供的 VI驱动函数，构建实时循环的采集程序，完成阻尼器试验数据的采集工作。

80 液压与气动 2013年第 10期表1 正弦波加载试验分析频率／Hz 幅值／mm 拉向力／kN 压向力／kN 拉向位移／mm 拉向位移相对误差／％ 压向位移／mm 压向位移相对误差／％5 5．0 688．41 881．91 5．03 0．6 4．94 —1．2lO 4．7 663．50 870．19 4．75 1．1 4．74 O．815 5．1 677．06 900．36 5．12 0．4 5．05 —1．020 5．3 718．69 9l8．45 5．38 1．5 5．33 0．625 4．9 749．01 873．6O 4．97 1．4 4．79 —2．2通道数、信号传输方式、最高采样频率、分辨率和输入信号范围等都是选择数据采集卡时需要考虑的因素。综合分析系统实际情况，决定采用数据采集卡PCI．1718HDU，其支持 16路单端或 8路差动输入，最大采样频率达 100 kHz，分辨率为 12 bit，信号输人范围为±10 V。

2．4 数 据处 理模块本模块通过调用 LabVIEW 的滤波 VI函数，搭建巴特沃斯低通滤波器，剔除试验数据(位移和力)中的噪声频率，显示更真实准确的信号曲线。

在幅值3 mm频率 5 Hz的正弦波加载下，对阻尼器试验数据进行无滤波和低通滤波的结果如图4、图5所示图4 位移和力无滤波显示图5 位移和力低通滤波显示3 现场实验结果分析集成上述系统模块，已成功研制出百吨级阻尼器综合性能试验台。该试验台可实现对多种规格阻尼器的加载试验，已在某有限公司获得使用。现以名义载荷 850 kN的阻尼器作为试验对象，对其分别进行 5Hz、10 Hz、15 Hz、2O Hz、25 Hz的正弦波位移加载试验，并对试验台获得的数据分析见表 1所示。

4 结论综上所述，通过深入分析研究，以虚拟仪器为理论基础，集合 OPC技术、数据库管理、信号采集和数据处理于一体，设计开发了百吨级阻尼器综合性能试验台测控系统，并进行了大量的试验认证工作。由多次试验数据可知，试验台输出信号与给定信号相对误差较小，达到了试验台设计的性能指标，表明试验台对阻尼器的加载控制精度较高，进而验证了本测控系统设计方案的合理性，研制的试验台可为阻尼器的性能检测提供了有力保障。

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2013年第10期 液压与气动 81DOI：10．11832／j．issn．1000-4858．2013．10．022内啮合齿轮泵不同传动型式时的排量计算钱志达。祝海林，秦兴培，吴宏能，潘 俊Displacement Calculation for Internal Gear Pumpin Different Drive SystemsQIAN Zhi-da，ZHU Hai·lin，QIN Xing-pei，WU Hong-neng，PAN Jun(常州大学 机械工程学院，江苏 常州 213016)摘 要：现有文献中内啮合齿轮泵的排量计算公式各不相同，计算结果不够精确。根据内啮合齿轮泵的工作原理，针对齿轮传动类型的特点，分别推导不同传动型式时内啮合齿轮泵的排量公式，可为内啮合齿轮泵的设计、开发提供参考。

关键词：内啮合齿轮泵；排量；计算公式；齿轮传动中图分类号：TH137；TH325 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)10-0081-04引言齿轮泵是液压传动系统中一种常用的液压泵，按齿轮啮合形式可分为内啮合齿轮泵和外啮合齿轮泵两种。内啮合齿轮泵按齿轮的传动类型可分为标准齿轮传动、等变位齿轮传动、正传动和负传动。内啮合齿轮泵有结构紧凑、质量轻、尺寸小等优点，而且由于齿轮同向旋转，相对滑动速度小，磨损轻微，使用寿命长，流量脉动小，因而压力脉动和噪声都比较小。同时，油液在离心力作用下易充满齿间槽 ，故允许高速旋转，容积效率较高 ¨。

齿轮泵的排量是指齿轮泵每转一转所排出的液体体积，是齿轮泵的一项重要指标。因此排量的正确计算是齿轮泵设计、制造和使用中常见的问题。在现有资料中，内啮合齿轮泵的排量计算有多种方法。工程计算中，通常采用以下几个近似计算公式：(1)第一种近似公式 假设齿间的工作容积与轮齿的有效体积相等，则齿轮泵每转排量等于小齿轮的所有齿问工作容积和所有轮齿有效体积之和，即等于小齿轮齿顶圆与基圆之间的环形圆柱的体积。则齿轮泵的排量为 j：q=2,rzm B×10 (1)式中，m—— 模数，mmz—— 小齿轮的齿数日—— 齿宽，IBm(2)第二种近似公式 根据内啮合齿轮泵的工作原理，在其工作过程中，每转排量等于主、从动齿轮所有轮齿的有效体积之和。其横截面的近似面积为以小齿轮中心为圆心，小齿轮的齿顶 圆半径与大齿轮的齿顶圆到小齿轮中心的圆心最近距离为半径的环形收稿 日期：2013-04—15基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目(51075046)作者简：介：钱志达(1987一)，男，江苏常熟人，硕士研究生，研究方向为液压传动与控制。

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