卧式拉力试验机的电气软件协同设计

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Sup 工程与试验 ENGINEERING ＆ TEST卧式拉力试验机的电气软件协同设计何 丽，黄言强(济南时代试金试验机有限公 司，山东 济南 250300)摘 要：介绍了在 Lw一5000卧式拉力试验机的电气设计过程中遇到的一些问题，从而提出了电气、软件和机械协同设计的理念，引用新的方法和理念将电气设计中遇到的问题逐一解决。

关键词：电气设计 ；协同设计；新方法；新理念中图分类号 ：TH87 文献标识码 ：B doi：i0．3969／j．issn．1674—3407．2013．z1．012Coordinated Design of Electrical Software forHorizontal Tension Testing M achineHe Li，Huang Yanqiang(Jinan TIME Shijin Testing Machine Co．，Ltd．Jinan 250300，Shandong，China)Abstract：The electrical design of LW 一5000 horizontal tension testing machine is introduced，andsome problems in the design process are described in detail．Then，the coordinated design of elec—tric，software and machinery is presented．New method and new idea are adopted to resolve theproblems in electric design process one by one.

Keywords：electrical design；coordinated design；new method；new idea1 前 言试验机是一种集机械、液压、电气、软件设计于一 体的综合性试验仪器。电气设计不能只局限于电气 ，要与软件设计、机械设计一起协 同设计，秉持先软件 、后电气 、再机械的设计原则 ，多引用新技术 、新理念，设计出功能多、成本低、效率高的产品。

济南时代试金试验机有限公司为某研究所设计制造了一台 500t卧式拉力试验机，该机采用拉压单空间结构，液压缸加荷、负荷传感器测力、微机控制显示并打印输出试验结果 。本试验机拉伸和压缩功能采用两个不同的试验软件。

2 传统电气设计方案本试验机 电气部分主要功能包括油泵 电机 开关、油缸活塞前进后退限位、加速开关、差动准备开关、自动冷却、高温报警、液位报警和滤油器报警等。

按照传统电气设计理念，可设计出如图 1所示电路。当油缸活塞前进或后退 到极 限位置时，接近开关动作 ，油泵电机停机保护 ；自动冷却 由电接点温控表的触点控制实现；加速功能和差动准备功能由两个电磁换向阀和两个 电磁溢流阀来实现。

由图 1可知 ：(1)当油缸活塞前进或后退到极限位置时，限位保护油泵 电机停机 。想重新启动油泵就要先解除活塞的限位状态，因此 限位机构必须是可调整的。调整限位机构位置，解除限位状态 ，启动油泵，调整活塞位置 ，限位恢复原位。

(2)自动冷却控制是 当电接点温控表 ST1的上触点达到设定温度时开始冷却，当温度由高到低降至 ST1的下触点设定温度时，自动冷却停止。

[收稿日期] 2O12—12—10[作者简介] 何 丽(1978一)，女，毕业于哈尔滨工程大学，现主要从事动态专机的设计研发工作。

· 40 ·何 丽，等：卧式拉力试验机的电气软件协同设计? *1 *l l I 黼 l图 l 传统设计方 案的电路图(3)由于本试验机有拉伸和压缩两套试验软件，拉伸和压缩试验时油缸活塞 的加载方向是不同的，对应的油源管路 也不 同。当试验机 进行拉伸试验时 ，电磁换向阀 YVl处于断 电状态，当试验机进行压缩试验时，电磁换 向阀 YV1处于通 电状态 。电磁换向阀YV2是控制差动准备的，当试验机软件处于调整状态时，拉伸调整状态下 的前进差动 时 YV21通电，拉伸调整状态下的后退差动时 YV22通 电，当压缩调整状态下的前进差动时 YV22通 电，压缩调整状态下的后退差动时 YV21通 电；调整状 态下 的前进后退时电磁溢流阀 YV3始终带电；当加速开时电磁溢流阀 YV4通电。

3 问 题通过设计 ，发现了一些 问题 ：(1)可调整限位机构需要在机械设计上增加一些部件 ，而且每次限位保护解除后都需要重新启动电机 。

(2)自动冷却控制的电接点温控表 由于油源生热缓慢 ，温控 表指针上升缓 慢 ，指 针会 出现来 回振动，导致由其所控制的电路会出现频繁的通电断电。

(3)电磁阀所有使用情况均在试验机软件 的开环调整状态下使用。当操作试验机时，首先根据所做 的试验进行拉 伸压缩方 向的选择 ，即旋动 SA进行选择。当使用加速或差动准备时 ，需要判断软件是否在开环调整状 态下 ，然后再 打开加速开和差动准备开，当做试验时一定要在确认加速 和差动都关闭的情况下才可以点击试验开始 ，否则会导致试验失败 。

4 解决方案就以上问题 ，课题组的电气 、软件、机械工程师们协同设计 ，提出如下解决方案 ：(1)油缸活塞限位保护时油泵电机停机 ，还可以通过控制伺服阀输出来实现限位保护。将接近开关的限位信号传给计算机，由计算机控制伺服阀的动作，限位时限位方向伺服阀不可输出，反方向伺服阀可输 出动作 。

(2)将冷却开始的触点信号传给计算机，计算机通过定时检测此信号判断是否进行冷却，当接收到开始信号后，再由软件发出指令控制冷却装置。自动冷却的关闭与此过程相同。

(3)根据油路控制需要 ，采取了如下方法 (见图2)：当选择拉伸或压缩试验软件时，直接给电磁换向阀YV1一个信号，拉伸时则不通电，压缩时则给YV1通 电。这样就可以去掉旋钮 SA，简化部分 电路。

当需要使用加速和差动时，按钮不直接控制电磁换向阀和电磁溢流 阀，而是将加速开关和差动准备开关的信号传递给计算机，由计算机来判断此时是拉伸状态还是压缩状态 ，是调整状态还是试验状态，油缸活塞是前进还是后退 ，由此给相应的电磁阀通电或断电。

最终设计出如图 2所示电路图，该设计实现了试验机要求 的所有控制功能 ，而且操作简易快捷 。

5 结束语传统的电气、软件、机械的分离设计 ，复杂功能难以实现，方案修改工作量大，成本高，不符合现在试验机的设计要求。电气、软件、机械的协同设计，在软件设计优先、其次电气设计、最后机械设计的原则下 ，提高 了设计速度 ，降低 了成本 ，符合机电一体化 的设计趋势。

(下转第 46页 )· 4l ·工程与试验图 3 MM W1B立式万能摩擦磨损试验机软件主界面图 4 MM—W1B立式万 能摩擦磨 损试 验机软件设置控制5 结束语本机测控 系统采用上下位机结构，能实现双显双控。下位机是以 ARM单片机为核心的数据测量控制系统 ，液 晶屏显示 。上位 机能实 时显 示试 验力一时间曲线、摩擦力矩 时间曲线 、摩擦系数一时间曲线、主轴转速一时间曲线、试验温度一时间曲线和各参数的数字显示。上位机除了能实时显示各试验参数及曲线外 ，还能对试验力、试验转速等主要参数实现实时控制，向下位机发送控制指令，实现载荷、转速等参数的计算机自动控制，实现了计算机远程控制。上下位机通过串行口连接，上下位机都能设置试验参数。抛开上位机 ，下位机利用 电控柜面板操作能完成一般摩擦磨损试验，这种结构给用户试验带来 了方便 ，满足了不同用户的需求。

参考文献[1] 李智慧．c++Builder从入门到精通[M]．清华大学出版社 ，1999.

[2] 周立功．基于嵌入式实时操作系统的程序设计技术[M]．电子出版社，2001.

(上接第 41页 )参考文献I l 一+! II(
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图 2 最终解决方案的 电路 图[1] 刘建章．低压 电器及其应用[M]．人 民邮电出版社，· 46 ·1999.

[2] 王素英．工厂常用电气设备手册[M]．中国电力出版社 ，1995.