基于LabVIEW的液压监控系统设计

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年４月　第己５卷第４期　基于ＬａｂＶＩＥＷ的液压监　控系统　王照峰　刘国辉。牛俊喜。　（１．第二炮兵工程学院　西安　７１００２５；　２．第二炮兵士官学校青州　２６２５００；　３．第二炮兵驻航天十院军事代表室　北京　１００８５４）　摘要：本文分析了目前液压系统检测设备的特点和存在的问题，提出了构建基于虚拟仪器的检测方案，系统由数据采集卡　采集从各种传感器来的信号，通过ＩＳＡ总线传给计算机，计算机中的软件系统对数据进行分析、处理、显示和打印，该软件采　用ＬａｂⅥＥｗ开发工具。本系统操作简单、界面友好，具有较高的工程实用价值。　关键词：虚拟仪器；数据采集；ＬａｂⅥＥｗ；检测系统；动态检测　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬａｂＶＩＥＷ　Ｗａｎｇ　Ｚｈａｏｆｅｎｇ　Ｌｉｕ　Ｇｕｏｈｕｉ。Ｎｉｕ　Ｊｕｎｘｉ。　（１．Ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ａｒｔｉｌｌｅｒｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉ’ａｎ　７１００２５；　２．Ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ａｒｔｉｌｌｅｒｙ　Ｓｅｒｇｅａｎｔ　ｓｃｈｏｏｌ，Ｑｉｎｇｚｈｏｕ　２６２５００；　３．Ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄ　ｒＡｔｉｌｌｅｒｙ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　１０ｔｈ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　ＣＡＳＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８５４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｗｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｄ　ＤＡＱ　ｃａｒｄ　ｔｏ　ａｃｑｕｉｒｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｃｏｍｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｖａｒｉ—　ＯＵＳ　ｓｅｎｓｏｒｓ，ｔｈｅｎ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｂｙ　ＩＳＡ　ＢＵＳ．Ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ，ｄｉｓｐｌａｙｅｄ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｕｓｅｄ　ＬａｂＶＩＥＷ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｕｓｅｆｕｌ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａ—　ｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ＬａｂＶＩＥＷ；ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ；ｄｙｎａｍｉｃ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　０引　言　大到一些综合测试仪，可以同时检测到压力、流量、温度等　多种物理参数；还有很多便携式的监测仪器，有动态的、静　液压传动系统具有结构轻巧、传动比大、运行平稳、有　态的，以静态仪器居多。这些检测设备大都采样频率比较　效防止过载、易于实现无级调速和自动化、易于实现自动　低，而且采样频率固定，在工程机械液压系统中，由于负载　控制及远距离操纵等优点，已广泛应用于工业生产的各个　很大，而且不稳定，系统中经常发生液压冲击现象，这种低　领域。据统计，９５％以上的工程机械中都采用了液压技　采样频率往往无法采集到液压冲击的整个过程，无法满足　术。但液压传动系统（特别是大型液压系统）也存在一些　实际的测试要求。　缺点，主要是容易泄漏（特别是在夏天），液压系统对油液　因此，开发功能齐全、工作稳定、自动化程度高的智能　污染十分敏感，油温及粘度的变化也会对液压系统的工作　报警系统是非常必要的。本文在分析液压设备检测系统　性能造成很大影响。由于液压系统结构复杂，其内部状态　的基础上，研究并设计了基于ＬａｂＶＩＥＷ的液压监控　又难以观测，容易发生故障，给液压系统的运行状态监测　系统。　和日常维护保养带来一定的困难。因此，如何有效地对液　压系统进行状态检测，提取系统的特征信号，及时发现故　１液压监控报警系统设计　障或隐患有着十分重要的工程意义［１］。　１．１液压动态检测系统的硬件系统［１　］　目前国内外已有很多种用于液压系统状态检测的仪　１．１．１硬件系统组成　表、仪器或设备，小到简单的手持式或便携式压力表、流量　本液压检测系统主要检测项目包括油液温度、压力、　计、温度计，只有单一的功能，只能检测到一种物理参数；　流量和污染度，其中温度的变化一般比较平缓，检测难度　作者简介：王照峰（１９７８一），男，硕士，助理研究员，主要研究方向为检测技术、智能仪器方面的研究。　一４１—　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年４月　第２６卷第４期传感器要求　采样间隔可　在线检测可　糊—　的ＰＣ实验卡提供了可靠的信号线。其上安装有ＤＢ－３７　连接器，用于支持ＰＣ实验卡。传感器输出的信号经信号　通讯线连接到端子板上，端子板的主要设计如图２所示。　Ｂｏａｒｄ　Ｌａｙｏｕｔ　以及时反映设备的运行状态以及故障情况，属于重点检测　项目。这些检测项目目前均有专用的检测传感器，系统可　以直接采用它的输出信号。虚拟仪器有其强大的可扩展　性和灵活性，要想完成其他项目的检测也只需变换传感器　并在软件设定中修改相应的设置即可，具有较好的通　用性。　图１是检测设备的组成原理图，主要由４部分组成：　传感器和信号采集仪（包括温度计、压力传感器、流量计、　污染度传感器等）、信号调理系统（包括信号采集、放大、整　形、滤波等）、数据采集卡、计算机操作系统。　温度汁　一　信　图２端子板结构图　１．２软件系统框架结构　检测仪软件系统的主要功能模块、操作面板、程序流　据　采　压力传感器Ｌ一　寸　调　数　集　｝　程以及部分程序图，所有的功能模块都放在一个选项卡　中，可以根据需要进行切换选择。系统的软件主要完成人　机对话、数据采集、滤波消噪、复杂计算、对数据的分析处　理、数据显示、保存、打印等功能，其结构如图３所示。软　件的工作流程如图４所示。　流量计　一　理　系　统　污染度传感器Ｌ一　图１检测系统硬件组成原理图　检测系统通过不同的传感器或者专用仪器采集信号，　由信号调理电路进行放大、滤波并进行Ａ／Ｄ转换处理，由　数据采集卡输人计算机；然后由检测软件对数据进行显　示，并进行进一步的分析与处理以及存储打印。　１．１．２系统硬件的设计与选择　（１）传感器的选择　传感器主要有４种，分别是压力传感器、流量传感器、　温度传感器和污染度传感器。　（２）数据采集卡的选择　在本系统中，压力传感器输出的是Ｏ～１００　ｍＶ的电　压信号，需要对其进行Ａ／Ｄ转换；流量传感器输出的是脉　冲信号，需要对其脉冲进行计数。因此，数据采集卡主要　实现２个功能：Ａ／Ｄ转换和频率计数。　目前，市场上以ＰＣ为基础的内置插卡品种很多。系　统采用了台湾研华公司的ＰＣＬ一８１８ＨＧ多功能数据采集　卡（ＤＡＱ），它可以完成小型模拟信号与数字信号采集、模　拟Ｉ／Ｏ、定时Ｉ／０、计数器、信号调理工作，可以满足系统设　计的要求。　（３）ＩＳＡ总线接口电路　图３软件系统的主要功能模块结构图　通信设置模块主要功能有：选择设备；通道参数设置：　设置通道选择、通道增益等；采样参数设置：设置采样频　总线接口电路采用ＩＳＡ总线的接口转换结构。由于　ＩＳＡ总线具有与微处理器无关的通用性，使该系统可在符　率、采样点数、采样时问等。数据采集模块功能如下：开　始、停止数据采集；采集数据数字显示；采集数据曲线显　示；数据采集根据所选通道个数不同以及通道性质不同又　合ＩＳＡ规范的各种微机中进行硬件移植，以满足各种不同　的需要。　可分为压力检测、流量检测、压力和流量综合检测３部分。　报警模块的主要功能如下：当被测系统的物理参数超过正　常范围时，通过报警指示灯或者报警声音提醒操作人员有　异常现象发生，并根据异常参数的具体数字判断应该采取　１．１．３通讯端子板和通讯接口的实现　为了方便连线ＰＣＬ－８１８ＨＧ配有ＰＣＬＤ８１１５通讯端　子板，ＰＣＬＤ￣８１１５端子板为任何具有２Ｏ个引脚平滑连接　一４２—　维普资讯 http://www.cqvip.com 喜己５卷第４期　期一启动程序　广、、　！兰　／Ｙ　Ｎ　。　。　芬　豫　上限　—　～　Ｎ　——Ｊ　．：　！　—一　，　Ｙ　采样值　－．ｊ　检波　报警　研究与开发　０　上限指示灯　设置通汛参数　渎取历史记录　显示数据　数据分析　！　厂一　超限报警　下限指示灯　＝　ｉ殳室＝＞　发置警戒值ｌ　ｒＮ　ｌ　开始采集数据　图６图标及其输入输出　读取采样数据　硅示结果　对于需要报警的通道，只需将该通道的采样值及其警　戒设定输入超限报警子ＶＩ即可。　平滑滤波　２结论　鸯　路，根据虚拟仪器“软件就是仪器”的核心思想，成功地虚　本文分析了基于虚拟仪器的液压检测系统的设计思　。拟了液压动态监测系统及其配套软件。硬件采用基于　　．＞　一　ｌｊ～　ＴＮ　—Ｌ　Ｉ　ＡＳＩ总线的高速数据采集卡，将传感器输出的信号从各个　通道通过数据采集卡传给计算机软件采用ＬａｂＶＩＥＷ　图形化编程语言，系统操作简单、功能完善、具有良好的人　停ＩＬ￣ＩＩＩ　＜＝＝二，存痢　＞Ｌ　保存　＜＝：西】蜘　＞ｊ　打印　—丫　ｌ　机界面。　图４软件的工作流程　究与开发［Ｄ］．西安：长安大学，２００４．　的措施；当采集的数据不符合要求时，指示灯变红。报警　子程序如图５所示。图标及其输入输出如图６所示。　［２］张怀相，王渝．应用虚拟仪器技术实现液压元件的特性　分析ｆＪ１．机床与液压，２００３（４）：２２６—２２７，２０１．　［－３１关浩，孙儒通，刘安生．虚拟仪器技术在液压系统检测中　的应用ｆＪ１．机床与液压，２００３（３）：３０１－３０２，１５９．　圆　画　一　－１４１范立南．电子测量技术的新发展一虚拟仪器Ｉ－ＪＩ．仪器仪表　用户，２００１，８（６）：５－９．　一术术术术术术术术术术　图５报警程序　术术术术术术术术术术［５］刘君华．基于ＬａｂＶＩＥＷ的虚拟仪器设计ｆＭＩ．北京：电　子工业出版社，２００３．　术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术术　（上接第３６页）　［２］周航慈．单片机应用程序设计技术［Ｍ］．北京：北京航空　航天大学出版社，２００２．　机应用，２００２，２０（４）：２８－３０．　［５］陈爱弟．Ｐｒｏｔｅｌ　９９实用培训教程ｆＭＩ．北京：人民邮电出　版社，２００２．　１－３１邢增平．Ｄｅｌｐｈｉ６．０最佳专辑ｆＭＩ．北京：人民邮电出版　社，２００２．　－１６１卢洪武．ＨＣＭ－１摸高电脑测试仪的研制ｆＭＩ．山东师大　学报：自然科学版，１９８７（３）：２６９－２７１．　１－４１余志勇．Ｄｅｌｐｈｉ环境下串行通信应用程序设计Ｉ－ＪＩ．计算　４３－－－——