基于组态软件的液压支架试验台测试系统设计

李军

【摘 要】利用力控6.1组态软件，按照MT 312-2000液压支架通用技术条件标准，设计组态画面，定义IO设备组态，通过模拟量输入板卡，采集压力、温度、高度、行程开关等信号；通过数字量输出板卡，控制相应的电磁阀、油泵等设备的动作；开发脚本，实现密封试验、强度试验、寿命试验的自动加载。

【关键词】组态软件；液压支架通用技术条件标准；自动加载

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。液压支架试验台测试系统利用中泰力控6.1开发设计，主要功能是按照国家标准对液压支架进行各项试验，记录试验数据，生成试验报表并打印；辅助功能是控制试验台上工作面的平衡上升、下降及插销退销。

一、液压支架试验台电液控制系统的设计

电液控制系统是液压支架试验台的监视和控制中心，它的核心部分是工控机和组态软件开发的系统控制软件。其工作原理是各种外部传感器将现场信号通过输入板卡送给工控机，工控机通过系统软件编写的程序对数据进行处理，将处理结果通过输出板卡控制电磁阀的动作，最终完成液压支架试验台的各项性能试验。系统设计主要分为以下几部分：（1）液压系统设

计。液压系统分为油泵系统和乳化液泵系统。油泵系统负责试验台上工作台的上升、下降，插销油缸插销、退销等动作；乳化液系统负责液压支架密封、适应、强度、寿命等各项加载试验。液压系统采用结构紧凑的板式连接，电磁控制各种阀的动作，在关键管路位置安装压力变送器为自动化控制做准备。（2）控制柜的设计。控制柜采用数控开孔一次成型柜体，主要由工控机、显示器、中间继电器、空气开关、智能数显表等元器件组成，具有信号采集、变换、输出、显示、保护、报警和工控机通讯等多种功能。（3）试验台各种传感器的安装和调试。传感器是外部信号采集的主要途径，安装位置十分重要，压力变送器、温度变送器、激光传感器，以及光电限位开关的合理安装，便于对现场信号的精确采集。（4）基于组态软件的系统控制软件设计。

Forcecontrol6.1组态软件建立的控制系统主要由用户组态窗口、数据库组态、脚本动作组态三部分组成。一是用户窗口组态。窗口组态画面是人机交往的主要场所，根据实际需要，设计各种的静态和动态画面，如数据显示画面，现场摸拟画面，参数设置画面和数据打印等画面，来控制现场各种动作。二是数据库组态。实时数据库负责和IO设备调度程序的通信，获取设备的控制数据，给其它程序和其它数据库提供实时和历史数据，数据库之间可以互相通信。按照液压支架试验台的测试要求，定义和设置了模拟I/O点、数字I/O点共53个点。三是脚本动作组态。脚本动作是一种基于VB的编程语言，它是系统软件的核心，通过各种脚本的编写可实现自动访问和控制实时数据，如液压支架上工作台的平衡上升，自动定位脚本；插销、退销自动保护脚本；强度试验充液，增压，保压，卸荷各步骤自动变换循环脚本等。

二、液压支架试验台电液控制系统主要功能的实现

（1）试验台上工作台的平衡上升，自动定位。在液压支架试验台上工作台的平衡上升的设计上，采用了目前非常先进的激光测距技术，测量上工作台四个角的上升高度，测量数据通过输入板卡送给系统控制软件，经过系统控制软件中的脚本运算处理，输出信号给输出板卡，控制液压系统电磁阀的动作，最终实现上工作台的平衡上升。激光测距仪的采用，不仅解决了上工作台的平衡上升问题，而且代替了过去的试验台插销孔中心位上大量使用的限位开关，通过设定上工作台的目标高度，可靠准确的实现了上工作台的精确定位。（2）液压支架各项试验的自动循环加载。液压支架试验台的主要功能是对液压支架进行密封、适应、强度、寿命等加载试验。在这些功能的设计上采用组态画面将各功能整合在不同的画面上，通过调用相关画面，实现各型号支架参数的选定，加载压力和加载时间的设定，在各项性能加载中，试验数据时实采集，通过趋势出线显示各项试验的曲线变化，并具有保存，打印，自动生成报表等功能。循环加载采用脚本组态自动控制，节省了大量的时间继电器、压力继电器和接触器，极大的提高了系统的可靠性，为长时间，频繁试验做好了准备。

三、数据库组态及PCI板卡的选择

（1）数据库组态是将测试系统与外围设备进行数据交换的模拟量和数字量输入输出按照组态软件协议进行格式化的过程，设定好的组态点是测试系统与外部数据交换的通道。点组态过程中重点要注意的是模拟量输入点的量程变化，PCI8360I板卡采集的模拟量信号是0-20mA的电流信号，组态软件初测值为0-4095的PV.RAW裸数数值，需要对传感器进行相应的量程变化。（2）PCI板卡的选择根据组态点的情况选用PCI-8360I输入板卡和PCI8407光电隔离输出板卡进行数据采集和输出。PCI-8360I有16路双通道模拟量输出通道和16TTL开关量输入通道；PCI-8407数据输出板卡有2组共32路开关量输出通道，开关量最大输出电流可达200mA，可以直接驱动中间继电器，提高系统的执行效率。

四、组态画面及应用程序的设计

组态软件工程画面是测试系统主界面，测试系统的各种功能都通过这些组态画面上实现。液压支架试验台测试系统主要画面有流程示意、平台控制、强度试验、耐久试验、试验记录、报表打印、参数设定七个画面。其中平台控制、强度试验、耐久试验三个画面为系统主要功能实现的画面，其它四个画面为主要功能的辅助画面，本文就前两个主要画面做详细说明：（1）试验平台组态画面及其应用程序流程。试验台是液压支架试验的硬件场所，总高8米。试验台上平台可活动，四立柱上共有10层插销孔，各层相距0.45米，最低层插销孔距试验台下平台2.8米。平台控制的组态画面中模拟了现场平台上升，显示了平台四角高度，各层选择，上升、下降、插销、退销等功能键。具体功能由动作中编写应用程序实现，由于应用程序变量名及程序流程因个人编程习惯所不同，这里不做程序代码分析，只做文字性的流程介绍：实验台上工作台在上升过程中，激光传感器监测四角的高度，自动调整四角各液压缸的启停，实现上工作台的平衡上升；当上工作台到达指定层的中心位置，偏差在允许范围内时，启动插销，光电限位开关检测插销到位与否，实现自动插销，完成对实验台上工作台的完全智能控制。（2）強度试验组态画面及应用程序设计。强度试验是液压支架检测中很重要的项目，强度试验下又分两大类共十几个小项，组态画面采用导航栏的方式，选择每一个小项，其他试验流程相似都用共同的画面显示，每一次试验都是进行三次，自动循环加载，试验结果在趋势图中显示，试验结果保存在硬盘指定的文件夹下。应用程序主要实验三次强度加载的自动循环，循环加载流程：打开低压阀对液压支架进行初充液，当压力达到指定值时，关闭充液开始增压，增压值到达指定压力后开始保压，用后台组件时间控件进行2秒的保压，最所卸荷，进行第二次加载。每次的数据保存在数据库变量中，每次的试验结果都在屏幕中显示，并可以通过历史报表随时调取。

在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；通用工业自动化组态软件的出现能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。

参 考 文 献

[1]MT 312-2000液压支架通用技术条件.2000-12.国家煤炭工业局

[2]力控ForceControl 6.0快速指南

[3]力控ForceControl 6.0参考手册

[4]力控ForceControl 6.0数据库与网络开发手册