基于LabVIEW与数据采集卡的液压马达测试系统设计

摘 要：【目的】在液压马达测试过程中，为准确采集压力、流量、转速、转矩、温度等关键数据，同时对比例阀等器件进行实时控制，设计出一套基于LabVIEW与数据采集卡的液压马达信号采集系统。【方法】该系统硬件部分集成数据采集卡、多种变送器、信号隔离器，并采取抗干扰措施，保证信号采集的准确性与稳定性；软件部分通过LabVIEW主程序及子程序设计，实现试验参数数据库设置、传感器标定、现场数据显示、报表生成等功能。【结果】通过对不同型号的液压马达进行测试，观察分析数据采集波形图，发现该系统重复检测结果稳定。【结论】该系统的应用对观察现场数据、进行质量分析、开展产品溯源具有积极作用，并为类似信号采集系统的设计提供一定参考。

关键词：LabVIEW；数据采集；液压马达

中图分类号：TH137.51" " 文献标志码：A" " 文章编号：1003-5168（2025）01-0017-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.01.003

Design of a Hydraulic Motor Testing System Based on LabVIEW and a Data Acquisition Card

REN Handing ZHU Lu YAO Wei LIU Yuan ZHAO Haojie ZHANG Chao

（Anhui Vocational College of Defense Technology， Lu'an 237000， China）

Abstract： [Purposes] To accurately acquire information such as pressure， flow rate， rotational speed， torque， and temperature， and to control devices like proportional valves in real-time in the process of hydraulic motor test， a hydraulic motor signal acquisition system based on LabVIEW and a data acquisition card is designed. [Methods] The hardware component integrates an Advantech data acquisition card， various transmitters， the signal isolator and anti-interference measures to ensure the accuracy and stability of signal acquisition. The software component， designed through LabVIEW main and subprograms， implements functions such as experimental parameter database setup， sensor calibration， real-time data display， and report generation. [Findings] By testing hydraulic motors of different models and analyzing the data acquisition waveforms， it is found that the detection repeatability of the system is stable. [Conclusions] The implementation of this system plays a positive role in monitoring on-site data， conducting quality analysis， and supporting product traceability. Additionally， it provides a reference for the design of similar signal acquisition systems.

Keywords： LabVIEW; data acquisition; hydraulic motor

收稿日期：2024-09-24

基金项目：2022年度安徽省教育厅科学研究项目“基于视觉学习的果类品质检测关键技术研究”（2022AH052516）；2021年度安徽省教育厅科学研究项目“基于深度学习的学术论文图形/图像相似度检测关键技术研究”（KJ2021A1501）；2024年度安徽省教育厅项目自然科学基金重点项目“高精度大功率液压马达试验系统关键技术研究”（2024AH050201）；2024年度安徽国防科技职业学院校级科研项目“高端元件测试系统开发团队”（2024GFKYPT006）、“新型反拉式换位夹持黄麻剥皮机”（2024GFZR001）、“智能型液压抓臂式清污机结构轻量化分析与优化设计研究”（2024GFZR002）；安徽省中青年教师培养行动优秀青年教师培育项目（YQYB2023196、YQYB2024172）；安徽省高校理工科教师赴企业挂职实践计划入选项目（2024jsqygz226）；安徽省质量工程教学研究项目（2023jyxm1531）；安徽省职业与成人教育学会2024年教育教学研究规划课题（AZCJ2024067）。

作者简介：任汉鼎（1988—），男，硕士，讲师，研究方向：电气工程、自动化控制。

0 引言

液压马达属能量转换装置，是能产生连续旋转运动的执行元件。液压马达把输送来的油液压力能转换为机械能，其输入量是油液的压力和流量，输出量是转矩和转速（角速度）［1］。为测试马达质量，需要对马达进行跑合试验与性能测试。在测试过程中，液压马达测试系统需要对比例阀等器件进行实时控制，同时对压力、流量、转速、转矩、温度等信号进行检测。液压马达测试硬件布局如图1所示。

在测试液压马达系统过程中，主要采用西门子S7-1215对现场信号进行监测与控制，但所涉及的模拟量与数字量超过8个通信模块所能承载的上限。综合考虑系统的稳定性及经济性，确定使用研华数据采集卡对剩余7路模拟量信号进行采集。上位机与PLC之间采用NI官方的开放平台通信（OPC）方式。OPC是自动化行业及其他行业用于数据安全交换时的互操作性标准。OPC独立于平台，并确保来自多个厂商的设备之间的信息能无缝传输［2］。本研究仅展示数据采集卡与上位机间的硬件设计及LabVIEW程序综合设计。上位机如图2所示。

1 数据采集硬件设计

数据采集硬件包括数据采集卡、变送器、信号隔离器。数据采集卡采用USB-4704，变送器包括压力变送器、流量变送器、温度变送器，信号隔离器采用AOTUKER的GLZH22-A-V（2入2出）。信号传输与转换流程如图3所示。

1.1 数据采集卡

该系统采用单端输入。在测试过程中，要对现场模拟量进行实时采集。根据实际需求，采用研华USB-4704采集卡。该采集卡可同时采集8路模拟量信号，其主要参数性能见表1。

1.2 变送器

为减少采集过程中信号干扰及信号损失，所采用的压力变送器、流量变送器、温度变送器均为电流型变送器。压力变送器型号为FRISUO的PT-351，流量变送器型号为WEBTEC的CT150，温度变送器型号为ALDSB的WZPK236。这三款变送器的模拟量采集范围均为4～20 mA，且在检测区间内均具有良好的线性度，可保证检测精度。

1.3 信号隔离器

工业自动化领域需要检测各类模拟量，如水压、水流量、湿度、磁场强度和温度等非电模拟量，但在信号采集和传输过程中，为保证控制系统能安全、可靠和稳定运行，通常使用信号隔离器将传感器信号或变送器信号等测量系统的地和控制系统的地隔离开来［3］ 。由于变送器信号为4～20 mA电流信号，采集卡输入信号为0～10 V的电压信号，故使用具有AV转换功能的信号隔离器GLZH22-A-V，除保障信号传输外，还兼具电压电流转换功能。

1.4 硬件接线

由于要对回油流量、泄露流量、泄露温度、泄露压力、补油压力、Pi压力、Ps压力这7路信号进行采集，采用2个流量变送器、1个温度变送器、3个压力变送器，依次连接到4个GLZH22-A-V信号隔离器（2进2出）输入端子。信号隔离器16端子与15端子之间连接DC 24 V，保障供电。信号隔离器输出端使用屏蔽线连接至研华USB-4704采集卡，该采集卡具有8路模拟量输入通道，在系统中仅用通道0～通道6进行单端输入。

在硬件接线过程中，根据抗干扰需求，采取GND接地、信号线包裹屏蔽层、安装磁环等措施，能有效保障信号的稳定性和准确度。

2 数据采集软件设计

液压马达测试系统的软件功能包括试验参数设置功能、传感器标定功能、数据采集与显示功能、报表生成功能。

本研究采用研华采集卡附带有相关驱动文件。在成功安装研华采集卡驱动（DAQ XNavi）后，可通过LabVIEW直接调用研华的相关函数对采集卡进行设置。其中，创建通道函数用来配置信号范围、采样通道等参数；采样时钟函数用来配置采样频率和缓冲区大小；读取数据函数根据采集卡的性能，配置每通道采样数，并输出采集的数据［4］。

2.1 试验参数设置功能

在液压马达测试过程中，要对马达转速目标值（r/min）、主泵加载压力目标值（MPa）、马达加载压力目标值（MPa）、排量比、减速比等参数进行设置。由于被测马达型号与参数不同，考虑设置效率、数据共享性等方面，选用Microsoft Access作为存储方式。Microsoft Access是建立在“关系型数据库”上的一套应用系统，有6个主要对象（表、查询、窗体、报表、宏、模块），可将一个数据库文件当作一个表格对象进行处理。一个Access数据库文件包含多张表，可选择链接方式和外部表格、数据库（包括网络）链接，而不用直接导入，占用磁盘空间［5］。

在LabVIEW中，通过函数选板—互联接口—Database选择数据库处理模块进行操作，可实现Access数据库的增、改、删、查等操作。以查询为例，其操作如图4所示。

为实现对数据库数据查询，先通过字符串连接数据库，再调用SQL语句进行查询，并通过“Fetch Recordset Data.vi”函数获取查到的数据，最后通过嵌套的For循环将数据以数组方式读出，赋值给不同变量。此外，增加、改变、删除操作与查询操作相同。

2.2 传感器标定功能

由于该系统中压力变送器、流量变送器、温度变送器在其工作范围内均具有较好的线性度。在线性区间内，其物理量与数字量的对应关系见式（1）。

[y=y2−y1x2−x1∙x+y1]" （1）

式中：y2为物理量上限；y1为物理量下限；x2为数字量上限；x1为数字量下限；x为采集值；y为实际值。

通过编写子vi，并结合不同变送器的物理量与数字量量程，将仪表的采集值转换为实际值，并应用于主程序中。其子vi程序框图如图5所示。

2.3 数据采集与显示功能

数据采集与显示是该系统的核心功能，在LabVIEW中构建主vi与PLC及采集卡通信采集现场数字量/模拟量信号。同时，依托西门子S7-1215对现场开关与变量阀进行准确控制。显示界面如图6所示。

2.4 报表生成功能

将该系统采集到的数据录入到Excel表格中。由于表格具有可拓展性，采用“Excel Get Last Row.vi”函数输出最后一行的簇信息，并通过解绑簇，可获得最后一行的行信息。在报表中写入数据时，能定位写入位置。定位报表最后一行如图7所示。

3 试验结果

基于多款型号的液压马达，对该系统展开测试，依次进行正向速度跑合、正向压力跑合、反向速度跑合、反向压力跑合、正向低速性能测试、正向高速性能测试、反向高速性能测试、反向低速性能测试。PLC与采集卡采集到的变量在上位机上显示重复检测结果稳定。表格数据记录正常，符合设计预期。

4 结语

本研究通过构建基于LabVIEW与数据采集卡的液压马达测试系统，对液压马达的各项关键参数进行采集并判断，不仅能通过对主界面的监控直观观察现场实时数据，还能通过生成的波形图对压力、流量、转速、转矩等关键指标进行时域显示，开展产品质量分析，更能利用生成的表格对产品指标进行监控，方便产品溯源。本研究将对后续的产品质量监测与观察具有重要的参考价值。

参考文献：

［1］施济华.摆线齿轮式液压马达简介［J］.上海机床，1999（1）：32-38.

［2］张雨龙，何玉喜，吉晶.基于LabVIEW平台OPC协议在产线追溯中的应用研究［J］.南方农机，2024，55（14）：156-160.

［3］唐赛，朱晶亮，龙小活，等.一种多功能信号隔离器的研究与应用［J］.电工技术，2023（17）：148-151.

［4］王正家，杨剑东，丁聪.基于LabVIEW的离合器摩擦片性能试验台测控系统设计［J］.仪表技术与传感器，2024（7）：59-65.

［5］张晓丽，任国彪，刘萍，等.利用Microsoft Access进行数据库管理［J］.石油仪器，1999（4）：31-34.