基于LabVIEW的远程实时液压系统状态监控_丁绅.pdf
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1、 年 月第 卷 第 期机床与液压 .:.本文引用格式:丁绅,贾文华,刘言岩,等基于 的远程实时液压系统状态监控机床与液压,():,():收稿日期:基金项目:国家自然科学青年科学基金项目();南京工程学院科研基金项目();南京工程学院大学生科技创新基金()作者简介:丁绅(),男,硕士研究生,研究方向为液压系统控制。:.。通信作者:贾文华(),女,博士,教授,主要从事机械工程健康监测和流体传动控制的科研。:.。基于 的远程实时液压系统状态监控丁绅,贾文华,刘言岩,王奕然(南京工程学院机械工程学院,江苏南京)摘要:针对液压系统故障对工程机械设备工作效率的限制,提出一种基于 的远程液压缸状态检测系统。
2、该系统架构分为 层:现场设备层是以 数据采集卡为核心实现数据的采集和初步处理硬件平台;数据控制层主要借助串口通信和上位机编程实现数据的采集处理、数据存储、限位报警等功能;监测访问层主要以 通信协议为基础实现数据的远程传输及远程故障诊断。试验结果显示:基于 远程监测系统数据传输效果稳定、可靠性高。关键词:液压缸状态;通信协议;数据传输;故障诊断中图分类号:.,(,):,:;前言工程机械是国家基建和工程建设中不可或缺的设备。随着现代工业的发展,各领域机械正在向大型化、连续化和自动化方向发展。工程机械设备工作效率提升的过程中,液压系统故障检测难度也随之提高。据统计,机械故障中 由液压系统故障导致,极
3、大限制了工程机械的工作效率。可见,借助网络传输技术实现机械设备液压系统状态监测和远程故障诊断具有十分重要的意义。目前,美国北德克萨斯大学学者针对远程医疗应用领域,利用微处理器、模块等电路器件封装了一个心电图紧凑型设备,并利用 和 语言开发了配套的无线家用心电图远程监控系统,可实现边远地区患者老年人的远程心电图测量与诊断。中南大学吴小文对水箱的液面控制也实现了远程数据的共享。东南大学孙瑞娟等、重庆大学诸剑等人也开始了这方面的研究工作,借助于现代网络技术,研究实验设备远程控制的关键技术问题。针对液压系统故障对工程机械工作效率的限制问题,结合远程监控技术发展现状,本文作者设计一套基于 的远程实时监测
4、系统,实现对液压系统状态的实时监测、信号采集、远程数据传输、故障报警等,该系统可为工程机械远程故障诊断的发展提供借鉴。系统的总体结构设计从工程机械设备的液压系统状态检测出发,结合液压系统故障特征以及远程监测的实时性,设计出一套基于 的远程实时信号采集及信号传输监测系统,实现液压系统工作状态的智能反馈。液压缸状态实时监测系统的原理简图如图 所示。远程实时监控系统的总体系统架构分为 层,现场设备层、数据控制层以及用户监测访问层。现场设备层主要是通过硬件的选型、平台搭建实现液压系统数据的监测。数据控制层主要是负责将本地现场传感器采集的数据通过数据采集卡和串口通信实现数据的处理和传输,供上位机 系统作
5、进一步的数据处理与显示,实现对系统状态的监测、实时报警及数据存储等功能。用户监测访问层主要是借助远程数据传输 协议,利用 进行远程传输,将上位机处理的有关数据传输给远程客户端,便于专家系统远程故障诊断。图 液压缸实时监测系统原理简图.系统硬件设计硬件平台主要包括液压泵站、传感器、信号采集卡、机、模拟量输出板、比例放大器、液压缸等元件。模拟量输出板的串口通信方式为 ,具有一定的抗干扰能力。信号采集卡为 数据采集卡,不仅通信便捷且 内含 等自定义的测量系统与之匹配。在实验过程中,机输出控制信号,控制信号通过模拟量输出板和比例放大器的处理后,驱动电磁阀工作,阀控液压缸系统接通,液压缸工作。此时,位移
6、传感器采集活塞杆的位移信号,传输给数据采集卡处理,通过串口通信的方式将数据传回 机。此时,系统采集到的信号将显示在前面板上,实际采集的位移信号与期望信号的差值也将显示到前面板上。本地测试现场布置如图 所示。图 本地现场测试布置.系统软件设计系统软件部分包括系统前面板设计和系统控制程序设计。系统前面板在 中设计,其界面中包括信号显示模块、系数设置模块、控制模块和限位报警模块等。系统前面板设计结果如图 所示。图 系统前面板设计.限位报警模块工程机械在工作过程中存在液压缸极限行程工作的情况,导致油缸里形成回流冲击甚至碰撞损伤。针对上述问题,监测系统中设计了限位报警模块。根据液压缸参数设置活塞杆正常工
7、作区间。程序中设定活塞杆安全工作上限值为 ,下限值为 ,当采集位移信号数值超过正常工作区间时,指示灯闪烁提醒操作人员注意。限位报警程序如图 所示。图 限位报警程序.机床与液压第 卷.数据存储模块液压系统故障时需要参考监测数据进行故障分析。为此,监测系统中设计了数据存储模块,将每一时刻采集的数据进行存储。同时,存储程序中设计了报警指示功能,实时进行预期信号与采集的执行机构的实际工作信号比较,当二者之间数值误差超过最大误差设定值时,则认为液压系统工作不稳定且警示灯亮。警示灯为长亮状态,则液压系统系统故障。数据存储程序如图 所示。图 数据存储程序.控制模块将液压系统进行简化,忽略供油压力与控制器合外
8、力的作用,可以得到系统的传递函数如式()所示。根据式()可以得出,此液压系统是一个增益系统且受很多非线性因素影响。若要避免这些非线性因素的影响,需要增加控制模块提高系统控制性能。控制具有控制原理简单、实现难度低、适用范围广等特点。控制中 个参数的调节关系整个系统稳态误差、控制精度和响应速度。因此,在 信号采集系统设计了 反馈的方法降低系统的非线性。()()()|()经多次试验验证和仿真分析得出比例系数、积分系数、微分系数分别采用、.、。其目的是降低液压缸非线性的影响,通过控制算法使输入输出信号尽可能接近,使系统达到一个相对稳定的状态。软件下的无 控制模块和添加 控制模块的系统仿真模型图如图 所
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