基于工业自动控制的土工压缩试验自动系统

韩 英，顾永清

(中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队，辽宁 沈阳 110004)

基于工业自动控制的土工压缩试验自动系统

韩 英，顾永清

(中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队，辽宁 沈阳 110004)

利用工业自动控制系统设备组建自动土工压缩试验系统，通过编制控制软件进行土工压缩试验的自动控制。

自动控制；土工压缩试验；控制软件

1 前言

随着计算机技术及自动控制设备的迅速普及，使得自动化控制逐渐深入到各个领域，从大型的工厂自动化逐渐应用到工程机械、试验仪器设备等众多领域，极大地改善了工作人员的劳动强度，减少了人为误差，提高了试验数据的准确性和可靠性。

岩土工程试验中的常规土工压缩试验，需要试验人员每隔1h对土样压缩的位移进行读数记录、计算，根据计算结果的位移差值，不定期增加土样压力砝码，劳动强度大，时间长，既简单又枯燥，同时由于试验的连续性，需要试验人员长期坚守，计算大量的枯燥数据，频繁的砝码装卸，更使得试验人员身心疲惫，这大大地增加了试验人员造成读数、计算误差的机率。

基于以上情况，为了改善工作人员的工作条件，减少人为误差，依托现有工业自动化控制设备和软件，以及计算机强大的计算和通讯技术，结合先进的光栅微位移检测数据传输技术，对土工压缩试验系统进行自动化改造设计。

2 系统特点

系统特点如下：①试验整个过程中，各种数据的采集、记录自动进行；②土样升压、稳压过程全自动进行，不需人工干预；③采用高精度光栅位移百分表，直接转换成数字信号传输，精度高，不存在传输误差和静态漂移；④土样加压采用高强度低阻力气缸，压力大，体积小，重量轻；⑤运行过程中各种数据可随时查询，并可生成曲线进行分析、比较；⑥能自动生成EXCEL格式的试验结果和实时数据报表，并按试验结束时间自动存储；⑦土工压缩试验在开始试验后，自动连续进行，试验完成后自动停止加压，并发出音响报警，提示工作人员卸样，加下一组试样；⑧整套试验系统较常规试验系统，重量大大减轻，由于采用模块化设计，系统拆装方便，适合移动、重新组建。

3 系统结构特点

3.1 系统整体结构

整套试验系统按设计结构可分为软件系统和硬件系统构成，其中软件系统由：通用系统监控组态软件、VB光栅百分表数据接收软件、PLC可编程控制软件构成；硬件系统由气泵、32套加压气缸组件、32套土通用土工压缩铜制结构件、32个数显光栅百分表、西门子S7-200可编程控制器、4台压力变送器、脉冲气压控制电磁阀及缓冲气瓶等构成，系统结构见图1。

图1 系统结构

每套试验系统同时可进行4组土样检测，每组可检测8个土样，当一组中所有土样在试验压力下位移全部稳定在规程规定范围内，系统自动升压，当升压到下一检测压力，自动稳定在该压力下进行测试试验。系统整体结构布局见图2。

3.2 系统运行软件及功能画面

(1)系统监控软件组成结构。

自动土工试验监控系统软件结构分为启动、初始设置、每组监控操作画面、每组试验结果报表画面、每组运行实时记录报表画面以及运行历史数据查询和运行历史趋势分析等，软件组织流程结构见图3。

(2)系统软件实际监控主要画面。

监控系统启动画面见图4。

系统初始设置画面见图5。

3.3 监控系统结果存档文件

在本系统中，试验成果表中试验结果数据在每个压力稳定后，自动记录填入表内，表中工程名称和土样编号在运行过程中工作人员可随时手工输入，这样便于工程管理。试验成果表和实时报表的文件存档分为手工存档和自动存储，手工存档可在报表画面中按相应人工存储按钮来存储，一组土样检测完后或在系统人为退出时，系统自动生成以存储时间命名的EXCEL表格的文件，存于计算机D盘的D:土样检测结果第*(1-4)组目录下，以便于文件查阅和数据查询。

这种设计，极大的避免了因人为误操作导致的试验数据丢失问题，也极大的方便了工程技术人员更好的对土样试验全部过程的了解，为一些特殊土样的准确判断，提供了可靠的数据依据，使试验结果更加准确、可靠。

4 结语

自动土工压缩试验监控系统设计先进，自动化程度高，将实验人员从繁琐的人工劳动中解放出来，提高了试验数据的可靠性。历史数据记录和查询功能，可以让工程技术人员更好地分析试验数据，以便准确判断土样特性；历史趋势分析功能，为工程技术人员提供了多个土样特性对比分析环境，为综合判断地层变化提供了直观比较手段；通用的EXCEL结果数据文件存储，为试验数据同其他工程软件共享提供了良好基础。

TU411.5

A

1007-9386(2010)02-0063-02

2009-11-30