试验系统研制范文

试验系统研制范文（精选10篇）

试验系统研制 第1篇

试验与训练使能体系结构 (Test and Training Enabling Architecture, TENA) 是美国国防部针对试验和训练领域的需求, 为促进各试验靶场、设施、实验室和各种仿真建模活动之间的共享、重用、互操作和可组合而开发的测试训练体系结构。TENA专门针对试验训练领域的特点进行开发, 并针对试验与训练领域的特定需求进行扩展, 提供了试验和训练所需的更多特定功能[1]。

哈工大测控所在研究和学习美军TENA体系结构的基础上, 针对靶场试验领域的特殊需求, 结合目前国内试验与训练领域建设的现状, 提出一种试验和训练体系结构, 即HIT-TENA平台。HIT-TENA平台通过整合各种试验与训练资源, 能够快速构建虚拟试验系统, 引导靶场试验由“任务驱动型”向“能力建设型”转变[2]。但是, 国内靶场中还存在大量采用硬件协议的实物资源设备, 而虚拟试验系统采用名为HIT-TENA对象模型的专用协议进行通信, 硬件协议和对象模型之间不能兼容, 因此需要人工开发专用接口网关才能实现和虚拟试验系统之间的通信。由于上位机操作系统的非实时性, 实物资源通过接口网关接入试验系统时会产生不稳定的时间延迟, 同时随着武器装备复杂性的日渐提高, 上述模式存在开发周期长、网关软件测试难度大以及可靠性差等缺点, 造成虚拟试验系统搭建周期长、费用高和风险大等问题。

为了解决上述问题, 本文创新性地提出一种在硬件设备内进行协议转换的方案。该设备具有靶场实物资源常用硬件接口1553B总线接口及用于连接上位机的PCI接口, 用户只需提前定义对象协议对应关系并加载到模块内即可实现HIT-TENA对象模型和硬件协议之间的快速转换。研制虚拟试验系统协议转换模块 (以下简称协议转换模块) , 对于支持不同实物资源快速接入虚拟试验系统参与虚拟仿真试验, 保障高性能试验设备的实时性, 将起到非常重要的作用。

1 总体方案设计

HIT-TENA平台搭建的虚拟试验系统由多台计算机或实物资源通过以太网连接组成, 每台计算机都独立作为一个节点加入系统。而实物资源因为接口不同且传输协议不兼容, 不能直接接入系统, 需要通过协议转换模块才能参与虚拟仿真试验。

根据协议转换模块的功能要求, 设备应当通过PCI接口连接上位机, 并可通过1553B总线接口与实物资源通信。板上还应该具有处理器资源和逻辑阵列器件, 用于控制数据传输, 并完成协议转换。经过需求分析及对多个可行方案的比较, 选择采用DSP+FPGA的硬件核心架构实现协议转换模块。为了节约成本, 不再新开发硬件板卡, 而是采用实验室已开发的PCI-1553B通信板[3]。

PCI-1553B通信板是哈工大测控所自行开发用于组建1553B总线产品仿真和测试系统的通信模块, 它的控制器采用TI公司的高速DSP TMS320DM642。这款芯片内部集成了PCI2.2协议模块, 支持PCI主从协议的DMA数据传输[4]。相较于采用专用芯片或FPGA等方式实现PCI协议, 这种方法开发方式简单, 成本低[5]。FPGA选用Altera公司CycloneⅢ系列的EP3C55型芯片[6], 并通过FPGA逻辑实现传输速率为1 Mb/s的1553B的接口协议模块[7]。在PCI-1553B通信板已经实现1553B总线和PCI总线两个通信接口的基础上, 设计协议转换模块总体框图如图1所示。在板卡内开发协议识别模块和协议编解码模块, 实现设备最主要的协议转换功能。

实物资源通过1553B总线将数据传输给模块板卡, 传入协议识别模块进行协议类型识别, 得到该硬件协议的协议号。在FPGA内进行协议类型识别, 可实现多个协议帧头的并行识别, 极大地提高了实时性。DSP内的协议编解码模块从协议识别模块中读取实物资源发送的数据并识别得到的协议号;通过协议号查找用户事先定义的对象协议对应关系, 将硬件协议快速转换为HIT-TENA资源对象;再通过PCI接口将数据发送给上位机, 接入虚拟仿真试验系统。

2 协议识别模块设计

协议识别模块是协议转换的重要模块, 它对经过1553B协议通信模块解析的数据进行协议类型识别。通过对事先存入的协议帧头与接收数据按字节进行比对, 得到源数据所属协议的协议号, 为下一步的协议转换提供索引[8]。在FPGA里面进行协议类型识别, 可以实现多个协议帧头的并行识别, 在该设计中, 最大可支持64种协议, 比起在DSP内进行串行识别, 极大地减少所需时间, 提高了实时性[9]。

协议识别模块的核心构成是协议识别单元, 其功能框图如图2所示。它主要由比对单元、数据拆分单元、字节计数器、协议帧头存储区、完成信号生成单元5个部分构成。

数据拆分单元的功能是对传输进协议识别单元的数据进行拆分。1553B协议解析得到的数据data长度为16位, 而一般采用的协议帧头每个帧头数据都为字节长度, 因此需要通过数据拆分单元将数据拆为单个字节byte, 方便进行识别。

协议帧头存储区用于存储一种协议的全部帧头内容, 存储区第一个字节用于存储该帧头的长度fhlength, 接下来的空间按顺序存储帧头数据fheader。字节计数器以字节为单位对接收数据包进行计数, 每到来一个新数据, 计数器值cnt加1。

比对单元是协议识别单元的最基本组成元件, 它对输出的两个字节数据进行比对, 在内部寄存器保存比对结果result并输出。当一个新的数据data到来时, 前段逻辑会同时生成一个开始信号start, 字节计数器接收到这个信号后, 计数值cnt加1, 然后发送给协议帧头存储器;协议帧头存储器将第cnt个帧头数据fheader发送给比对单元。比对单元对byte和fheader进行比对, 若数据不同, 则将结果寄存器值赋0, 输出0;若两数据相同, 则结果寄存器值为1, 且输出1。这样保证了接收到的数据必须每个字节都与协议帧头相同, 比对单元才能输出有效结果。

完成信号生成单元读取比对单元的输出结果result、计数值cnt和帧头长度fhlength。当result为0时, 说明识别失败, 生成结束信号finish, 识别成功信号succeed为无效;当result为1且cnt值和fhlength值相同时, 说明识别成功, 生成结束信号finish, 同时产生一个时钟高电平的识别成功信号succeed。

协议识别模块主要由协议识别单元阵列和协议号生成单元组成, 其总体框图见图3。

单个协议识别单元只能完成一种协议的识别, 而64个协议识别单元组成协议识别阵列便能完成最多64种协议的识别, 大大提高了协议识别速度。当所有协议识别单元都完成识别后, 协议识别阵列输出各64位的结束信号finish和识别成功信号succeed。

协议号生成单元接收协议识别阵列输出的finish信号和succeed信号, 根据这两个信号进行协议号判断。协议号生成单元对finish的64位元素进行全与处理, 若结果为1, 说明协议识别阵列已完成协议识别。然后对succeed信号的64位元素进行全或处理, 若结果为0, 说明匹配失败, 无法识别数据的协议;若结果为1, 说明匹配成功。因为每个协议识别单元产生的succeed信号只持续一个时钟, 此时只有成功识别出数据协议的协议识别单元输出的succeed信号才为有效, 所以对64位succeed信号进行按位查询, 得到第k位值为1, k即为接收数据对应的协议号, 将其存入pro_id寄存器中, 同时产生pause信号通知DSP来读取协议号。

3 协议编解码模块设计

协议转换模块是资源接入设备的核心部分, 其功能是快速完成虚拟试验系统的对象模型和实物资源的硬件协议之间的相互转换。转换实现的具体过程就是根据源协议格式对数据进行解码, 再根据目的协议对数据进行编码。对于待转换的数据包, 首先根据源协议号从事先加载的协议描述文件中定位源协议描述内容和其对应的目的协议号, 根据源协议的格式从数据包中解码出所需要的有效元素值集合;再根据目的协议号查询目的协议描述内容, 按照该内容信息, 从解码得到的元素值集合进行元素值提取、函数处理、帧头帧尾封装等编码操作, 得到目的协议数据包[10]。整个过程如图4所示。

因为硬件应用协议和资源对象的相互转换是两个不同的操作, 所以上下行两个协议转换在两个不同的转换单元中进行[11], 其流程示意图如图5所示。

上行协议转换过程如图5 (a) 所示, 是将实物资源上传的数据包从硬件协议格式转换为虚拟试验系统上应用的的对象模型。协议转换模块的FPGA完成协议识别后, 以中断模式通知DSP, DSP激活上行协议转换单元读取识别得到的源协议号, 并从FPGA内的存储器读取接收到的数据包, 然后存储到源协议数据存储区中。开始协议转换后, 首先将源协议数据存储区中的数据进行初步解析得到元素值集合, 然后从元素值中先后提取出对象模型需要的必选元素和可选元素, 将它们按照在协议描述信息中的索引号排列顺序存储, 并对有函数处理要求的元素进行相应处理。函数处理完成后, 将缓存区的数据包内容拷贝至对象模型的实例化区域, 然后通知上位机协议转换完成, 等待上位机读取对象模型数据。

下行协议转换过程如图5 (b) 所示, 是将对象模型转换为硬件协议数据包。当虚拟试验系统中有对象模型更新时, 平台将新的对象数据打包发送给协议转换模块, 模块接收到数据后启动协议转换。下行协议转换单元先读取对象的对象号, 然后定位对象的协议描述信息和对象的实例化区域。为了对对象数据进行缓存, 下行协议转换单元中也申请一定大小的缓冲区, 按照硬件协议格式从缓冲区数据中解析元素, 并进行函数处理。为了方便向实物资源输出数据包, 下行协议转换线程中生成硬件协议数据包时, 首先生成必选元素, 然后再生成可选元素, 这些元素依次排列, 而不严格按照在协议描述信息中的索引号排列。

4 测试结果

首先对协议转换的功能进行测试, 为了测试上行编解码单元和下行编解码单元的功能, 设计了4条协议 (A, B, C, D) 用于测试。其中A和B为硬件协议, 有帧头和帧尾, 用于协议识别;C和D为HIT-TENA对象模型, 没有帧头和帧尾。A和C, B和D分别为对应关系的协议。它们的格式定义如表1~表4所示。

测试上行协议转换时, 从试验设备向资源接入设备发送满足协议A格式的数据:‘Proto A’, 21.473 684, 21.233 766, ‘K’, ‘End’。经过资源接入设备后, 上位机接收到了数据:42.707 450, ‘K’。接收数据满足协议C的格式, 同时42.707 450=21.473 684+21.233 766, 函数处理无误, 上行协议转换成功。

测试下行协议转换时, 从上位机向资源接入设备发送满足协议D格式的数据:11.472 103, 21.233 766, 22.339 812, 34.195 328。数据在资源接入设备进行协议转换, 最终试验设备接收到数据:‘Proto B’, 21.233 766, 45.667 431, 22.339 812, ‘End’。接收数据满足协议B的格式, 同时45.667 431=11.472 103+34.195 328, 函数处理无误, 下行协议转换成功。

然后测协议转换模块的实时性, 测试方法为在FPGA内设置计数器模块。当数据进入资源接入设备后计数器开始计数, 协议转换完成后通知计数器停止计数, 通过计数器值可以计算出资源接入设备造成的延时。测试结果见表5和表6。

通过测试数据可以看出, 协议转换设备造成的延时都在1 ms以内, 满足虚拟仿真试验对实时性的要求。

5 结语

本文针对靶场实物资源接入虚拟试验系统时存在的协议转换效率低、延迟较大等问题, 研制了一种以DSP+FPGA为核心并具备PCI总线和1553B总线接口的协议转换模块。通过对常用硬件协议和对象模型的分析, 在FPGA设计协议识别模块实现了对数据协议的识别, 在DSP内设计协议转换模块实现了硬件协议和对象模型间的快速转换。经过测试表明, 本设备能很好地完成协议转换任务, 产生延时在1 ms以内, 满足虚拟仿真试验对实时性的要求。本协议转换设备在实际应用中, 运行稳定, 快速可靠, 具有很高的工程应用价值, 对于解决实物资源接入虚拟仿真试验系统的实时性问题有十分重要的意义。

摘要：哈尔滨工业大学自动化测试与控制研究所研发了试验和训练体系结构HIT-TENA平台, 用于搭建虚拟试验系统;为了将靶场实物资源接入该系统, 研制了基于PCI总线和1553B总线的协议转换模块。采用DSP+FPGA的硬件结构, 利用FPGA实现了并行协议帧头识别, 利用DSP实现了协议转换。测试表明, 该模块能完成协议转换, 并将延时降低到1 ms以内, 解决了试验设备接入虚拟试验系统时转换效率低下、延时较大等问题。

关键词：虚拟试验系统,1553B,协议识别,协议转换

参考文献

[1]代坤, 赵雯, 张灏龙, 等.基于TENA的虚拟试验实现技术研究[J].系统仿真学报, 2011, 23 (5) :857-863.

[2]关萍萍, 翟正军.虚拟靶场运行支撑体系结构研究[J].计算机测量与控制, 2009, 17 (12) :2475-2478.

[3]李世良, 许永辉.PCI总线智能GJB289A仿真卡设计[J].现代电子技术, 2010, 33 (20) :114-116.

[4]许永辉, 杨京礼, 林连雷.TMS320DM642 DSP原理与应用实践[M].北京:电子工业出版社, 2012.

[5]赵明阳, 朱岩, 张建东, 等.基于PCI局部总线的1553B总线接口卡设计[J].现代电子技术, 2012, 35 (10) :78-81.

[6]曾蓉.LXI集成通信模块的研制[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2013.

[7]黄树蔚.VXI总线高速1553B通信模块研制[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2009.

[8]黄敬礼.通用协议转换设备研制[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2011.

[9]张贤莉, 翟正军, 冯萍.靶场仿真中分布式异构网关技术研究[J].计算机测量与控制, 2011, 19 (9) :2263-2265.

[10]张晓利, 周荣辉.多模式匹配算法在协议识别中的应用[C]//中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集.北京:电子工业出版社, 2009:87-89.

ZKP配水器的研制及试验应用 第2篇

注水开发是油田生产的主要方式。由于油层各层系的非均质性，只有采取分层注水方式才能有效提高注水效率。配水器起定量配水作用，空心配水器的发展经历了三个阶段：固定式、活动式和ZJK型。固定式配水器已基本被淘汰。活动式配水器与液压坐封封隔器配套使用时，必须携带死芯子下井，封隔器坐封后，捞出死心子，投入带水嘴的配水芯子，才能转入正常注水，作業工艺比较复杂。ZJK型配水器采用了轨道换向机构，坐封时处于关闭状态，实现封隔器的坐封，因此可直接携带所需水嘴下井。坐封后自动换向，转入正常注水，减少了投捞死芯子的作业工序。

目前在胜利油田，ZJK型配水器仍是主要的空心分注配水工具。随着油田开发进入中后期，注水井中套损套变井增多，部分井产生缩径，对配水器的性能提出了更高的要求。ZJK型配水器经过几年的现场应用，也发现了一些问题。

1.由于各种原因ZJK型配水器有时在井下轨道换向不灵活：

2.由于其直径较大，不适宜在缩径井中应用：

3.配水器芯子密封件在投捞过程中经常脱落，造成再次投送芯子不到位，调配不成功。

为此提出研制一种新型配水器ZKP配水器。该型配水器将会弥补ZJK型配水器在现场应用中出现的不足。

结构组成

ZKP配水器主要由上接头、中心管、压簧、阀体、阀套、密封圈、控制活塞、剪钉、挡环、下接头及芯子总成等零部件组成（见图1）。芯子总成由上压帽、下压帽、中心管、压环及连体密封圈组成（见图2）。

工作原理

配水器按设计要求连接到油管上与封隔器一起下井到位。进行封隔器坐封时，从油管内加液压，液压通过下接头上的传压孔作用到控制活塞上，当压力达到一定值时，剪钉剪断，控制活塞下行。同时液压通过配水器中心管上的注水孔作用在阀套上，其有上行的趋势，但在限位台阶作用下保持不动，在密封圈作用下配水器仍保持密封，从而保证整个管柱的密封性，压力继续升高，当封隔器坐封完成后，卸掉油管压力，阀体与阀套在压缩弹簧作用下下行，注水通道连通。再次油管加压，压力推动阀体，压缩弹簧上行，实现注水。至此，整个管柱坐封注水一次完成。注水过程中，因测试、反洗井等原因停注时，阀体在弹簧力作用下下行，与阀套形成密封，关闭配水器，防止层间串通。

技术参数

与ZJK配水器相比，ZKP配水器内部结构尺寸完全没有改变，也就是说与原有测试调配工艺完全配套，在应用中不会增加额外成本及工作量。

创新点

1.无轨道.免投捞设计

与ZJK配水器相比.ZKP配水器去掉了轨道，增加了控制活塞，完全能够实现原有配水器的功能，且不存在换向问题，使配水器顺利打开，做到坐封时，保证整个管柱的密封性，坐封完成后实现注水，从而提高了配水器的工作可靠性。

2.配水芯子密封件防脱落设计

目前配水芯子是在整体式本体上开有燕尾槽，安装三角圈.与配水器本体形成密封。在投捞过程中，在摩擦及水流的冲刷作用下，芯子胶圈大量脱落。改进后的配水芯子采用分体式，由螺纹连接，芯子胶圈采用连体式，由压帽、压环固定在芯子本体上，完全限制了密封胶圈的自由动作。配水芯子结构改进后，可完全解决芯子胶圈脱落的问题，提高投捞测试成功率。

现场试验

ZKP配水器研制成功以后，共进行了五口井的现场试验。下面结合具体井例，介绍一下操作过程及注意事项。L13-7井完井管柱如图所示，配水器与封隔器及其它工具一起按设计下井，对于液面较深也就是存在负压的注水井，坐封前首先进行反洗井，保证油套连通及平衡，连接管线用泵车从油管加压，封隔器坐封完成后，卸掉油管压力，稳定3-5分钟，再一次从油管加压试注，试注合格交井，若试注不进，进行反洗井操作，使油套压力平衡，配水器弹簧部分释放，连通注水通道，实现注水。最后用流程试注，压力5MPa，流量96m3/d，满足配注要求。

仪控系统联调试验平台的研制 第3篇

仪控系统是实现核电、火电、化工等领域过程控制和运行管理的重要系统,大规模成套仪控系统结构和功能复杂,调试难度非常大[1]。针对新研制或首次交付使用的仪控系统,开展细致的仪控系统联调试验是重要验证环节,可以验证系统和设备的接口匹配性、功能正确性和完整性、系统和设备性能指标的符合性、系统工作稳定性,从而达到设备交付前发现并解决系统和设备设计、制造等过程中的质量隐患和问题,为仪控系统交付后调试试验积累的数据和经验,给现场调试工作创造了有利的条件[2]。本文介绍了一种基于VME板卡和图形化人机界面技术所研制的联调试验平台(本文简称平台),并给出了平台构成和工作原理。

2 仪控系统简介

具有较大规模的仪控系统一般具有三个层次结构,包括仪表和执行器层、控制层和监控层,其典型系统结构如图1所示。

仪表和执行器层(0层)是仪控系统的最基础层次,是与主工艺系统设备相连接的变送器、传感器和执行器等组成,目前该层大部分采用模拟技术,数字化技术很少采用[3]。

控制层(1层)是基于数据采集单元、DCS控制站和PLC等设备,完成现场信号输入输出、自动控制和保护功能。

监控层(2层)主要由控制室内的DCS操作员站、网络通信设备、计算机服务器及常规备用盘等组成,实现数据分析、信息显示及报警,使操纵员能够监测主工艺系统的运行状态,并可对主工艺系统实施手动控制。

3 联调试验平台设计

3.1 设计需求

在成套仪控系统联调试验时,各参试设备按实际接口关系进行电缆连接,仪表和执行器层所属的传感器、变送器、执行器等设备一般不参加联调试验。联调试验平台主要是模拟传感器、变送器、执行器与仪控参试设备的接口,并通过模型软件模拟传感器、变送器、执行器以及主工艺设备的动态特性。

联调试验对平台的设计需求主要分为信号接口、平台模拟功能和平台管理功能等三个方面进行分析。

3.1.1 信号接口设计需求

决定平台对外信号接口设计结果的主要考虑接口类型、信号精度、信号接口规模等,针对以核电、火电或化工等领域的主工艺系统,本联调试验平台接口设计需求如表1所示。

3.1.2 平台模拟功能需求

为了向仪控系统提供其参数和状态检测、参数报警、画面显示、自动控制和保护、手动控制等功能的验证能力,平台需建立软件模型而具有一定程度上模拟主工艺设备(包括执行机构)的运行特性的功能,可为仪控系统手动操作、自动控制提供模拟执行机构动作和状态反馈、提供操作控制后模拟主工艺设备的参数和状态反馈,从而使平台不仅具有开环联调测试环境,也可构成闭环联调测试环境。主要模拟包括:

a)泵的特性模拟;

b)连续调节阀的特性模拟;

c)启闭式阀门的特性模拟;

d)根据试验要求,可扩展主工艺设备运行特性模拟。

3.1.3 平台管理功能需求

为满足众多接口和模拟功能而设计的联调试验平台形成较为复杂的系统结构,为保证平台自身正常运行,也为了满足仪控系统联调试验过程监管的要求,平台应具有便利的管理功能,主要包括:

a)联调信号接口管理功能,即是平台与仪控系统接口相匹配,能通过接口配置文件定义平台每路信号的名称、量程;

b)联调试验数据服务、记录和储存功能,即试验过程数据服务、记录和存储功能;

c)人机交互界面功能,提供给试验人员启动、暂定或停止试验操作,提供给试验人员选定联调手动模式或自动模式,提供给试验人员试验数据、试验进程的显示,并在联调手动模型下可通过人机交互界面设置向仪控设备提供的参数或状态值,以测试仪控设备采集显示系统精度、参数报警定值、联锁控制定值、自动调节系统的动作趋势等;

d)主工艺设备模型库管理功能,在联调自动模式下可直接调用已经建立的工艺设备软件模型,为仪控系统提供闭环联调测试功能,同时通过模型库管理功能修改模拟或加载新建立的软件模拟。

3.2 平台结构和组成

联调试验平台由于设备较多且功能复杂,研制中形成了如图2所示结构。可大致划分为四层:监控管理层、标准数/模转换层、信号隔离调理层以及特殊信号转换层。

3.2.1 监控管理层(3层)

该层由人机交互计算机、接口数据处理和服务计算机、工艺设备模型计算机构成,采用工业控制计算机和嵌入式WinXP操作系统。

3.2.2 标准模/数转换层(2层)

该层完成标准模拟量信号和数字信号的相互转换。由2台采用VxWorks操作系统的VME机箱、12台飞安级电流源、3台电阻输出箱构成,完成标准信号的输入和输出功能。

VME机箱为ELMA的984-21650x2,配置的板卡如表2。

飞安级电流源采用KEITHLEY6220,采用RS232串口方式[2]与VME机箱的串口板连接。

电阻输出箱采用工业控制计算机,配置有3块反射内存卡和25块电阻输出卡。电阻输出卡采用自制的CPCI板(12通道,输出范围90Ω～250Ω,输出精度±0.2%)。

3.2.3 信号隔离调理层(1层)

该层可以完成对外输入输出信号的通道隔离,并将各类型信号接线接口整理为对外的端子排和用于信号自校验的128针连接器。

3.2.4 特殊信号转换层(0层)

该层主要针对仪控设备中的非标准信号,主要包括直流驱动电源转换箱和交流驱动电源转换箱,分别完成将直流电源驱动的执行器通过继电器转换为动作触点信号,将交流电源驱动的执行器通过检测相电压和相序,通过检测各相电压是否正常转换为供电正常触点信号,根据相序转为执行器动作方向触点信号。

3.3 软件功能设计

联调试验平台的软件根据平台设备构成和功能分配,分别搭载在不同设备上运行,其中主要包括:

a) VME信号输出机箱和电阻输出箱的软件完成从反射内存网上获取平台第3层设备下发的电流、频率、电阻的数值,以及0/1代表断和通的开关量数值,从而转化为驱动各类输出板卡输出对应的模拟信号值。VME信号采集机箱完成电流和开关量的采集转换为对应的数值送入反射内存网。

b)接口数据处理和服务计算机的软件可以完成试验过程数据的处理、记录和存储,其通过反射内存网与2层设备交互模拟量值数据,并根据信号参数配置文件自动进行量程转换得到参数值,同时与3层的设备进行参数值的交互。

c)工艺设备模型计算机的软件搭载主工艺设备的数学模型,可以模拟包括连续调节阀、启闭式阀门、泵以及其它主工艺设备的热工水力简化模型,并通过接口数据处理和服务计算机与仪控设备构成闭环测试。

d)人机交互计算机的软件为操作人员提供了对联调进程的控制和管理,也可通过人机界面进行联调手动/自动模式切换,在手动模式下可设定主工艺设备的参数和状态,并通过接口数据处理和服务计算机最终向仪控设备提供对应的各类信号进行测试。

4 工作原理

联调试验平台由具有不同功能的设备构成一套有机的系统,其工作原理可由系统的数据流表示,如图3所示。图中有五类数据流:U A类为从仪控设备到平台的上行信号流;UD为上行数据流;XD为从平台到仪控设备的下行数据流;XA为从平台到仪控设备的下行信号流;CD类为平台进行联调进程控制的数据指令。

在联调试验起始,首先设定信号参数配置文件,定义每路信号对应的参数名称和量程,定义每路数字I/O对应的状态名称和有效值,接口数据处理和服务计算机运行后将自动调用信号参数配置文件,完成量程的相互转换。

4.1 联调模式说明

试验操作人员通过人机交互计算机可控制联调进程,送出CD1、CD2、CD4指令使整个联调试验系统处于运行、暂定或停止状态,而送出CD3指令可以选择某工艺设备联调处于自动或手动模式。

a)自动模式

当设定为自动模式时,仪控设备上行信号被采集转换为参数和状态数据,送至工艺设备模型计算机进行运算,模型计算机自动将动态计算出的相应参数和状态按时间步长对外发出下行数据流,下行数据流被转换为模拟信号输出至仪控设备,从而构成一个闭环测试验证系统。

b)手动模式

当设定为手动模式时,仪控设备上行信号被采集转换为上行数据将送至人机界面进行显示,试验操作员通过界面手动设置主工艺设备参数和状态,人机交互计算机将参数和状态值对外发送下行数据流,下行数据流被转换为模拟信号输出至仪控设备。

4.2 原理说明

结合图3以自动模式为例进行原理说明,某工艺系统的水箱通过启闭式阀门进行补水以保持一定的水位,当阀门关闭时运行过程中水位将逐渐下降,此时打开阀门进行补水,水位上升到设定值时关闭阀门。

联调试验中,当操作员通过仪控操作员站手动开启该三相380V电源驱动的启闭式阀门时,阀门电气驱动模块送出UA1(三相380V电源),通过特殊信号转换模块转为UA3(2路触点信号,分别代表阀门通电正常和阀门关闭),UA3通过信号调理转为标准接口信号UA4,UA4被采集变为0/1为代表的数据信号UD5,对UD5进行有效性转换(规定:供电正常为1否则为0,阀门关闭动作为0,阀门开启动作为1)变为UD6,并送进实时数据库,实时数据库通过UD10送至人机界面显示,同时通过UD8送进工艺设备模型计算机进行运算。

工艺设备模型计算机实时运算,如经过5s后阀门完成关闭动作,将通过XD1送出阀门关闭行程有效值。同时水箱随时间水位逐渐上升,模型计算机通过XD1按时间步长送出上升变化的实时水位值,XD1被实时数据库接收后通过XD4到达人机界面显示,同时通过XD3分送至信号量程转换模块,该模块将水位值转换为电流值,将阀门关闭行程状态置为1,然后该数据经过XD5送至数模转换,数模转换模块使对应的电流输出通道输出电流并将对应的数字I/O通道置为闭合,XA6信号经过调理后以XA7送至仪控设备的输入接口。

根据上述说明可以看到平台接收仪控设备的操作和控制信号,同时仪控设备接收平台提供的实时模拟传感器等信号,从而构成闭环测试环境以对仪控设备的画面显示、参数报警、控制运算等各项功能进行测试,也针对由众多仪控设备构成的系统进行了系统级的接口、性能和功能的全面验证。

5 结束语

本文介绍了基于VME硬件技术和实时数据库、数字化人机界面、主工艺设备模型等软件技术,建立了联调试验平台,达到了不仅可手动设定参数和状态用于仪控系统进行开环条件测试,且实现了由仪控设备与平台构成简化的闭环测试环境。能较好地完成对由众多不同功能和性能、不同软硬件设计、不同供货厂家设备构成的复杂仪控系统进行接口、功能、性能等各项系统级全面测试验证的任务,达到了发现和解决仪控系统及设备设计和制造过程的质量问题,积累系统调试数据和经验的目的。

参考文献

[1]何朝均.核电站DCS系统调试[J].中国仪器仪表,2013,(8):47-50.

[2]史觊.核电站仪控系统数字化开发仿真测试技术研究[J].核技术,2005,28(2):163-168.

[3]朱毅明.核电站数字化控制系统的应用和发展[J].中国仪器仪表,2010,(12):21-24.

试验系统研制 第4篇

被称为印度未来“核大棒”的“烈火”-6洲际导弹，将在两三年内进入实弹测试阶段。令负责研发的印度国防与发展组织DRDO）着急的是，这款射程足以覆盖全球的利器至今找不到合适的试射场地。迫于形势，新建两处导弹靶场的计划，现已被新德里提上日程，它们分别位于安达曼-尼科巴群岛的拉特兰岛，以及安得拉邦克里希纳区的纳加亚兰卡。

现有设施已然力不从心

美国《防务新闻》近日援引印度国防部长A·K·安东尼打给该国国会的报告称，DRDO已开始对待征用的两处土地进行评估，得到当地政府大力配合，“下一步的征地工作更为复杂”。新靶场的首要目的是满足“烈火"-6的需要，据称，后者的最大射程接近1万公里。

DRDO渴望了解俄罗斯位于乌拉尔的阿舒卢克及远东的库那综合试验靶场的建设和运行情况，以便为自己的新靶场提供参考。资料显示，阿舒卢克承担了苏联和俄罗斯90%的战术级导弹武-器的定型试验工作，库那靶场则是该国最重要的远程乃至洲际导弹的“命运归宿”，著名的“白杨-M”导弹就是经过多次准确命中库那靶场目标才被俄军方接收的。

印度欲新建导弹试验场的消息，最早是在2012年夏天传出。美国‘环球战略网”分析認为，DRDO先前设在奥里萨邦的基地——昌迪浦尔和惠勒岛靶场较为狭窄，试射受到很大限制，特别是靶场附近有大量居民，存在安全隐患。2012年4月19日，印度在惠勒岛试射“烈火”一5导弹前，就强制转移了住在附近的大批住户，额外支付了一大笔钱。

功能齐全的武器试验靶场一般安排在相对封闭的区域，同时要有自成体系的监控系统以获取相关数据，如作为远程导弹测试的靶场，必须拥有精密的有源地面光电监视与跟踪系统，它主要依靠自然光进行探测。不仅如此，靶场还应位于全年夜空清澈天数较多的地方，以便观测在高轨道运行的目标。以俄罗斯库那靶场为例，该地每年平均有干余小时适合光学仪器进行深空观测，能观察到距地面2-3万公里的高空，并能准确绘制在大气层外运行的导弹弹道，测定其轨道参数，获取光学图像，并将所获信息分析筛选。

反观印度现有的靶场，其配套设施存在缺陷，试验视频画面实时传输、三维战场态势、电磁频谱对抗等辅助设备都相对老旧，在实施更先进的导弹测试时明显力不从心。

“惹不起”的反政府游击队

据印度“雷迪夫”新闻网披露，早在殖民统治时期，包括奥里萨邦在内的印度东部沿海地区就被英国用于武器测试，著名的“非人道弹药”——达姆弹就诞生在那里。上世纪60年代，昌迪浦尔与惠勒岛靶场相继投入使用，印度几乎所有自行研制的导弹、无人机、火炮、装甲车辆在列装部队前，都要在这两地接受苛刻的“模拟考”。难怪有报道指出，“昌迪浦尔一惠勒岛靶场就是给印度国产高技术武器开具‘准生证’的地方”。

令人大跌眼镜的是，如此“国之重器”，竟然时不时受到印度国内反政府武装的袭扰。2010年秋，被新德里视为心腹大患的纳萨尔派游击队，就趁着当局为了做好对美国总统奥巴马来访的安保工作，而将大批从事代号“绿色狩猎”的围剿行动的安全部队调回，突然杀出山区根据地，渗透进临近的奥里萨邦。当年11月10日，纳萨尔派炸毁了该邦马尔坎吉里镇的铁路货运站，导致交通运输出现混乱，紧接着又向奥里萨邦沿海地带进攻，一度威胁到昌迪浦尔的安全。印度内政部紧急抽调中央后备警察部队实施截击，甚至在部分区域实施戒严。尽管纳萨尔派最终未能杀进昌迪浦尔，靶场的测试活动仍然受到严重干扰。

印度问题专家指出，纳萨尔派一贯坚持“敌退我进，敌疲我打”的策略，通过灵活的游击战术消灭印度军警的有生力量。直到今天，印度军警仍无法根除这支反政府势力对奥里萨邦重要目标的威胁，以至于新德里打算动用空军来保卫奥里萨邦的昌迪浦尔武器综合试验靶场和惠勒岛导弹发射基地。DRDO基于安全考虑，也有足够理由新建两处远离纳萨尔派传统活动区域的靶场，力求把上述安全隐患降至最小程度。

另据“印度瞭望”网站报道，印度财政部长奇丹巴拉姆2月28日向国会提交了2013至2014财年预算报告，其中国防预算为2.03万亿卢比（约3745亿美元），相比上一财年同比增长5.2%，但受国民经济发展趋缓拖累，远低于以住的涨幅。目前，DRDO的经费与国防预算密切绑定，考虑印度正准备履行诸如购买法国“阵风”战斗机、美国C-17战略运输机、美制M777榴弹炮等“超级订单”，DRDO新建导弹靶场的设想恐怕不会有想象得那般进展顺利。

多功能冻胀试验系统研制及应用 第5篇

1 传统冻胀试验装置

土体冻胀特性可以通过室内试验获得，而传统的冻胀率(力)试验系统主要服务于天然冻土，其试验装置见图1所示，主要由温度传感器、位移计、测力计、保温层、侧向约束、冷端控制板、热端控制板等几部分组成。传统冻胀试验装置主要是通过控制温度与水分进行试验，而无法实现应力加载，试验过程多数是通过砝码进行加压，同时该试验装置冷源温度控制模式单一;只能提供自上而下或自下而上的单向冷源，因此只能进行无压或小载荷、单向冻结条件下冻胀率(力)试验[6,7,8,9]。而随着人工冻结技术往深部拓展及实际工况的复杂化不断加大，需要掌握土体在大压力条件、多种冻结模式下的冻胀特性。因此有必要研制集温度、压力、水分等控制于一体的冻胀试验仪，以更好地反映出现场土体冻胀实际情况。

2 多功能冻胀率(力)试验系统

2.1 试验系统功能介绍

在参考传统冻胀试验装置及现有规范基础上，结合当前冻结工程特点，研制一台多功能冻胀试验系统[10]。试验系统由样品压力室、冷源、试验机主机、测量系统、加载控制系统等部分组成，见图2所示。

与传统冻胀试验装置相比，本试验系统具有以下特殊功能。

2.1.1 拓宽试验温度

可以对试样顶、底部，环境温度变化进行任意设定，以符合工程实际情况，实现单向冻结、双向冻结、控制降温速率、分级分阶段冻结等模式。

2.1.2 增加试样测试模具类型

通过改变试样尺寸大小，研发相应配套的承压筒，实现竖向、侧向冻结模式。竖向冻结时在试样侧边位置，侧向冻结时在试样顶端横截面位置埋设温度探头，进行温度测试，获得在各种冻结模式下温度场发展变化情况。

2.1.3 增加伺服电机驱动系统

可以对试样施加竖向载荷，同时增加有压条件下试验补水装置，实现大应力作用下土体冻胀特性测试。

2.1.4 对试验结构进行模块化

将温度采集控制系统设计成标准试验箱，各种类型冻结模具制成独立单元，可灵活拆卸进出试验系统，提高试验效率。

2.2 试验模具设计

为全面反映工程上实际冻结工况，设计了竖向冻胀、侧向冻胀模具。其中竖向冻胀又分(50×100)mm[2]、(61.8×125)mm[2]两种圆柱体试样模具，以及(100×100×100)mm[3]方形试样模具。与竖向冻胀冷源在上下端不同，侧向冻胀冷源布置在试样中心位置，冷量由试样中心向四周扩散，符合现场圆管制冷方式，设计模具为(100×100)mm[2]。竖向、侧向冻胀模具实物图分别见图3、图4所示。

2.3 样品压力室设计

样品压力室为一个密闭容器，是试验系统的重点设计部分，主要由传压板、透水板、导热盘、保温层、温度探头、内胆等组成。图5所示为竖向冻胀模式的压力室组成结构。导热盘和透水板均由铜质材料加工而成，其中导热盘上安有循环槽，以使试样两端均匀传热，透水板上分布有许多毛细小孔，保证试样补水通畅。内胆由导热系数小的有机玻璃加工而成，在其侧面分布有一定间距的小孔，用于安放测温传感元件来测量试样内部温度。

3 单、双向冻结模式冻胀试验对比

3.1 单、双向冻结原理

随着工程建设工期的不断缩短，冻结加固工程普遍采用多排管冻结，试样冻结模式从早期的单向冻结模式转变为双向冻结模式。两种模式下冻结锋面移动示意对比见图6所示。

3.2 单、双向冻结试验

3.2.1 单、双向冻结试验介绍

试验在3.1节介绍的多功能冻胀试验系统上进行，选用(50×100)mm[2]的竖向冻胀模具，对同一种土质分别进行单、双向冻结模式下冻胀试验，比较试验结果分析差异情况。为更好对比两种试验模式影响，本试验统一采用重塑土样，所选用的黏土初始含水率26.3%，湿密度2.12 g/cm[3]，比热1.528 J/(g·K)，结冰温度-1.0℃，试验在完全侧限、无外荷载、封闭不补水条件下进行冻胀力的测定。试验安排-4℃、-8℃、-12℃、-16℃、-20℃五个冷源温度，环境温度始终保持1℃不变。

试验时先按照土工试验规程配备设计要求的含水率、密度土体，并在冻胀模具内制备试样，而后将模具放入压力室，连接冷源与传感元件，启动试验机程序，检查通讯采集设备是否正常，设定好试验参数，开启冷源进入冻胀试验。试验过程系统所采集的温度、应力、位移等数据稳定，波动很小，满足试验数据分析要求。

3.2.2 单、双向冻结冻胀试验结果对比

通过对试样侧边温度传感器所采集的温度数据进行分析，可以获得两种冻结模式冻结锋面发展过程，二者对比见图7所示，同时获得二者最终冻胀力对比，见表1所示。

由试验结果可以看出冻结模式对试样内部温度场影响很大，直观体现在冻结锋面迁移状态上。单向冻结时冻结锋面自下而上，即从冷源端向暖端缓慢移动，移动速度逐渐衰减;双向冻结时冻结锋面则从试样两端逐渐向试样中间相向移动，冻结锋面迁移速率近乎是单向冻结同时期迁移速率的两倍。而温度场变化是冻胀应力变化的基础，因此不同冻结模式对冻土试样产生的冻胀力影响也很大。双向冻结模式条件下冻胀力大于单向冻结模式，如-4℃条件下，单向冻结时冻胀力为0.26 MPa，而双向冻结时为0.38 MPa，增幅达到46.2%。但随着冷源温度的降低，二者冻胀力差值逐渐减小，在-20℃条件下，单向冻结时冻胀力为0.68 MPa，而双向冻结时为0.76 MPa，增幅减小至11.8%。

4 小结

本文在传统冻胀试验装置基础上，研制了一台集温度、压力、水分控制于一体的人工冻土多功能冻胀试验系统。本试验系统拓宽了试验温度控制系统，增加试样测试方式，增加伺服电机驱动系统，同时对试验结构进行模块化，试验时可以根据实际冻结工况，选择合适的模具，设定适当边界条件。论文最后对比了单、双向冻结模式冻胀试验结果，获得二者冻结锋面迁移状况、冻胀力大小等参数差异较大，表明冻胀试验过程边界条件的设定对冻胀力最终取值是否正确有重要影响，可见人工冻土多功能冻胀试验系统研制的重要性。本试验系统通过了安徽省计量科学研究院计量认定。

摘要：冻结工法广泛应用于各种工程领域中,引起的冻胀融沉问题不容忽视;但传统冻胀试验装置已无法模拟日益发展的冻结工况。研制一台能够反映实际冻结工况的人工冻土多功能冻胀试验系统显得尤为重要。在传统冻胀试验机基础上,拓宽试验温度控制系统可使试样顶部、底部、环境温度任意设定;增加试样测试模具类型可模拟竖向与侧向两种冻胀形式;增加伺服电机驱动系统可实现大应力加载;对试验结构进行模块化可使试验操作简单。通过选择合适的模具与试验边界条件,即可对实际工况冻胀力进行测试。基于本冻胀试验系统,进行了单、双向冻结模式冻胀试验,结果表明冻胀力取值是否合适与试验边界条件选择密切相关,证明本试验系统研制具有重要现实意义。

关键词：冻结工法,冻胀试验系统,样品压力室,冻结模式

参考文献

[1]徐学祖,王家澄,张立新.冻土物理学.北京:科学出版社,2001Xu Xuezu,Wang Jiacheng,Zhang Lixin.Physics of frozen soils.Beijing:Science Press,2001

[2] 陈湘生.地层冻结工法理论研究与实践.北京:煤炭工业出版社,2007Chen Xiangsheng.Ground Freezing Method Theory and Practice.Beijing:China Coal Industry Publishing House,2007

[3] 程国栋.冻土力学与工程的国际研究新进展.地球科学进展,2010;25(3):293—299Cheng Guodong.International achievements of study on frozen soil mechanics and engineering.Advance in Earth Sciences,2010;25(3):293—299

[4] 唐永志,荣传新.淮南矿区复杂地层大型矿井建设关键技术.煤炭科学技术,2010;38(4):40—44Tang Yongzhi,Rong Chuanxin.Building in huainan mining area under complicated strata condition.Coal Science and Technology,2010;38(4):40—44

[5] 盛天宝.特厚冲积层冻结法凿井关键技术研究与应用.北京:中国矿业大学(北京),2011Sheng Tianbao.Research on key technology of freeze sinking method for alluvium with thickness and its application.Beijing:China University of Mining and Technology(Beijing),2011

[6] 蔡瑛.深土冻融特性试验及工程应用研究.合肥:安徽理工大学,2007Cai Ying.The speciality tests of freeze-thaw on deep soil and research on project application.Hefei:Anhui University of Science and Technology,2007

[7] 唐益群,洪军,杨坪.人工冻结作用下淤泥质黏土冻胀特性试验研究.岩土工程学报,2009;31(05):772—776Tang Yiqun,Hong Jun,Yang Ping.Frost-heaving behaviors of mucky clay by artificial horizontal freezing method.Chinese Journal of Geotechnical Engineering.2009;31(05):772—776

[8] 于琳琳,徐学燕.人工侧向冻结条件下土的冻结试验.岩土力学,2009;30(1):231—235Yu linlin,Xu Xueyan.Test analysis of disturbed soil by lateral artificial freezing.Rock and Soil Mechanics,2009;30(1):231—235

[9] 袁俊平,李康波,何建新.冻融循环条件下垫层料冻胀变形试验研究.科学技术与工程,2013;13(4):1087—1090Yuan Junping,Li Kangbo,He Jianxin.Heave deformation of cushion material for cfrd during freeze-thaw cycles.Science Technology and Engineering,2013;13(4):1087—1090

试验系统研制 第6篇

1 液压系统激振要求

1. 1 液压作动器安装位置及控制点位置

液压作动器及控制点位置如图1 所示, 垂向作动器安装位置: A、B、C、D; 水平作动器安装位置: E;控制点: M、N。作动器主要技术参数为: 垂向最大动态载荷为 ± 50 k N ( 单只作动器) ; 横向最大动态载荷 ± 100 k N ( 单只作动器) ; 横向、垂向最大振幅为± 10 mm; 横向、垂向最大速度为0. 33 m / s; 横向、垂向激扰最高频率为10 Hz; 横向、垂向最大加速度时频率为2. 6 Hz。

1. 2 具有载荷控制和位移控制模式

液压作动器通过模拟转向架对轮轴驱动系统进行作用, 提供模拟试验中所需要的动态载荷和动态位移, 因此液压系统需要包含载荷控制和位移控制2 种模式, 以便在不同试验要求下调换控制模式。液压作动器上具有力传感器和位移传感器, 通过控制系统计算发给控制器数字命令, 由伺服阀将其变为电流信号, 从而改变油的流量, 进而决定作动器的运动, 液压系统通过力和位移传感器的反馈, 实现系统的载荷和位移闭环控制。

2 液压系统静态参数计算

2. 1 供油压力PS的选择

供油压力PS的选择非常重要, 关系到液压动力元件的动、静态参数和液压装置的尺寸, 也关系到动力元件与负载的匹配是否合理[1]。常用的液压系统供油压力推荐如下: 磨床为 ( 0. 8 ~ 2. 0) MPa; 组合机床不超过6. 3 MPa; 车床、铣床、镗床为 ( 2 ~ 4) MPa; 研磨机床为 ( 2 ~ 5 ) MPa; 拉床、龙门刨床不超过10 MPa; 农业机械为 ( 10 ~ 16) MPa; 船用系统为 ( 14 ~ 25) MPa; 工程机械、重型机械、液压机等为 ( 16 ~ 32) MPa。

根据本试验台的具体工作情况, 参考现有同类试验台的供油压力, 选择供油压力PS= 21 MPa。

2. 2 作动器主要参数确定

根据载荷控制系统的特性, 使系统在供油压力的80% 状态下工作[2], 即负载压力PL= 0. 8PS=16. 8 MPa。

2. 2. 1 垂向作动器

最大动态载荷为FLmax= 50 k N, 因此,

式中:APL为作动器有效工作面积, ;DL为活塞直径 (mm) ;dL为活塞杆直径 (mm) 。dL=αDL, α为经验结构系数, 通常α=0.25~0.7, 取α=0.7, 则:

圆整取实际活塞直径D垂= 100 mm, 实际活塞杆直径d垂= 80 mm。

实际作用面积。

2. 2. 2 横向作动器

最大动态载荷为FLmax= 100 k N, 因此:

圆整取实际活塞直径D横= 120 mm, 则实际活塞杆直径d横= 80 mm。

实际作用面积。

2. 3 伺服阀的选型

根据技术参数, 作动器最大速度Vmax= 0. 33mm / s, 垂向作动器最大负载流量为Q垂max= A垂Vmax= 60 L / min; 横向作动器最大负载流量为Q横max=A横Vmax= 124 L / min。

结合Moog伺服阀的型号, 50 k N作动器配置1只G761 - 3005B伺服阀, 100 k N作动器配置2 只G761 - 3005B伺服阀。

3 液压系统的组成

大功率机车轮轴驱动系统试验台液压系统由液压泵站、作动器、分油器、控制器、控制站计算机和管线等组成。

3. 1 液压泵站

液压泵站额定工作压力: 21 MPa; 额定流量: 230L / min; 液压油过滤标准: ISO 12 /10 或更好 ( NAS 4级) 。液压泵站采用远程和本地控制可以切换的方式, 在本地控制台上分别单独启动和停止电机, 转矩平滑, 无爬升现象; 可以通过手动操作或可编程控制器PLC软件操作来完成逻辑切换、压力调节和状态监控功能; 具有远程控制、显示和调节功能, 如有危及设备安全的故障, 油源具有自动关机的功能; 可以在本地和远程控制台面板上进行液位、压力、油温等参数的设置。

3. 2 分油器

配置2 套分油器, 共带有5 组独立液压输出端口, 实现系统的高/低压控制, 并达到最多进行5 个独立测试的目的。每套分油器都配有High /Low /Off高、低压控制。为了尽量减少压力接入时对伺服系统和被试件的冲击, 采用带电磁阀控制系统, 可以调节压力接入的时间。

3. 3 50 k N作动器和100 k N作动器

均采用双活塞杆双作用式液压缸, 额定工作压力为21 MPa, 额定动态力为50 k N ( 100 k N作动器为100 k N) , 静态出力可达60 k N ( 100 k N作动器为131 k N) , 配置精度均为0. 5% 的一体式内置LVDT位移传感器和Interface疲劳级力传感器, 配置1 只 ( 100 k N作动器配置2 只) G761 - 3005B伺服阀 ( 16. 5GPM) , 液压缸两端球铰及锁紧垫圈, 通过外部夹具可实现液压缸固定。

3. 4 控制器

Test Controller是一个轻型、可完全独立运行的完整测试控制器, 机柜带有显示屏幕和键盘, 可以直接完成测试操作; 菜单结构易于使用; 可配置1 ~ 32路伺服测试通道 ( 模块配置) ; 带“阻尼”功能控制算法实现闭环控制, 易调整参数和运行; 可以完成力、位移和加速度控制。

Test Controller Unit是一块高性能的伺服控制卡, 可以独立完成对力、位移、加速度等多个参量的闭环伺服控制, 其本身已经包含了传感器预放调理、伺服闭环控制、伺服阀驱动等多种功能, 附带额外的一路模拟输入和两路模拟输出、BNC接头, 可用于数据采集和监控。

3. 5 控制站计算机

控制站的计算机配置主要包括Dell PC 64 位英特尔酷睿TM 2 双核i7 处理器 ( 2. 66 GHz) , 24 英寸LED平板显示器, 鼠标键盘及标准附件。

4 结束语

目前该液压系统已完成与大功率机车轮轴驱动系统试验台的联机调试, 实现了摇摆、点头、垂直动作时横向作动器进行加载及随机信号迭代试验, 各项参数满足系统的技术要求, 能够实现对轮轴驱动系统进行横向动态加载, 模拟驱动系统在滚动振动下的运动状态。

摘要：依据大功率机车轮轴驱动系统试验台液压系统的激振要求, 对系统静态参数进行了计算, 实际应用表明, 该系统能够满足对机车轮轴的动态加载要求。

关键词：激振,作动器,液压泵站,分油器,液压系统

参考文献

[1]郝明金.百吨级阻尼器液压振动试验台及其控制系统的研制[D].浙江:浙江大学, 2012.

试验系统研制 第7篇

关键词：工程机械,电气系统,装载机,试验台

1概述

近年来,随着我国经济的持续发展和农业基础设施建设进程的加快,各类工程建设施工中的机械电气设备越来越多。工程机械电气设备的质量在国民经济建设中的作用越发突出,我国工程机械目前的市场保有量连续破新高,已超过700万台,工程机械的售后服务水平迫切需要提高,尤其是电气系统的故障诊断与维修,直接影响了设备的使用寿命和工作效率。

2试验台设计

工程机械行业的发展急需大量合格的高素质的服务人才,而目前工程机械类专业建设与其他交通类专业相比,存在硬件设施,特别是实训设施较少和落后的弊端。针对工程机械结构庞大,电器元件隐蔽分散的特点,难以实现整机电器元件的现场实物培训,工程机械整车电气系统仿真实验台,可以达到实验室内的直接实验的目的,满足工程机械电气系统模拟培训的要求。该装载机全车电

气系统试验台具有以下学习功能:

完成956装载机整车电路的学习:全车电路的学习是工程服务人员理解整车电气系统和进行电气故障维修的基础,本试验台真实模拟了常林956装载机的全车电路,学员可在本试验台进行全车电器的连线练习,对照整车电路,理解各用电设备间相互连接关系。

完成电气故障排除的学习:工程机械设备具有单价高,设备体型大,实车运行耗费高,整车电器元件分散且不方便维修等特点。本试验台的研制可克服以上困难,把工程机械电气故障排除的学习移到试验台上进行,可让学员交互完成工程机械常见故障的设置和故障的排除练习,既练习了本领,又节约了开支,学习环境也较实车更好。

2.1系统设计

试验台以工程机械行业最具有代表性的装载机为例,以我院“常林班”校企合作资源为条件,设计956装载机电气系统仿真试验台,系统包括装载机全车电器元件、台架、面板及全车电路总成等,如表1所示。

2.2台架设计与部件安装

为方便学生理解装载机电气线路的走向和电器元件间的相互关系,试验台设计成了翻转式。通过铰链连接和销轴配合,可以实现试验台水平和竖直两种状态演示,对学员在试验台上进行练习和故障诊断提供了便利。

部件采用支架固定,螺栓连接的方式。运动件包括起动机、发电机,采用有机玻璃封闭起来,既保证工作时的安全,又方便学员观察。试验台线束的布局包括整车电气系统线束图上的所有内容,导线规格参考JB/T8139-1999公路车辆用低压电缆(电线)的国家机械行业标准,线号与系统电路图上所注一致,颜色除搭铁线为黑色外,其他设备所用线根据需要进行选择。

试验台线束设计与常林956实车基本一致,由于电器元件搭铁方式无法通过车体,所以搭铁线路设计较实车复杂,搭铁线布置于台架下方,避免了台面线束杂乱和搭铁不良,方便故障设置和维修。

3故障分析

电器设备常见的故障有传感器故障,充电报警灯、转向信号和机油压力报警灯发生故障等,系统常见故障车辆无法启动,整车无电等。电气故障诊断原则遵循从易到难、由外到里的顺序逐个排除。以下以常见的两种电气故障在试验台上的排除过程进行说明。

3.1信号系统故障排除

信号系统常见的故障有转向信号和电喇叭等的故障,以本试验设置转向灯不亮为例,学员故障诊断步骤见图1。

3.2启动系统

本试验台可对整车系统故障排除进行模拟,以启动系统为例,原理如图2所示。预设故障案例起动机不转。

故障排除方法为,首先接通试验台前照灯,若灯亮说明电源系统无故障,进行第二步检查,否则检查电源系统;第二步,故障可能在起动机、电磁开关或外部电路中,可用跨接线短接两个主接线柱,若起动机不转,则电动机有故障,若起动机空转正常,则说明电磁开关或控制电路有故障。最后,若确定是电动机或控制系统故障,则进行进一步检修或更换。

4结语

随着工程机械自动控制的发展,工程机械上电器元件越来越丰富,维修难度也越来越大,这就为后续的工程机械维修服务提出了更高的要求,单纯依靠经验和口手相传的服务人员培训方式,已经不适应现代工程机械维修人员的培养,工程机械维修领域迫切需要高技能型服务人才。本试验台的研制成功,解决了工程机械电气系统维护人员培训存在操作难、效率低和成本高的难题,为后续高级工程机械电气维修人员的培养,提供了硬件支撑和发展思路,解决了工程机械维修人员培训的硬件设施不足,为培养高技能人才提供了参考。

参考文献

[1]邵文博.浅析工程机械电气系统设计和常见故障分析的方法[J].叉车技术,2013(3).

[2]张凤山.小松WA380装载机电气控制系统[J].汽车电器,2005(11).

[3]张驰云.现代轿车电器系统演示及实验装置研究[J].实验室研究与探索,2004(2).

[4]徐长英.汽车电器实训室建设的探索与实践[J].科技信息,2009(27).

[5]何永军.工程机械电气系统线束设计[J].工程机械与维修,2014(11).

试验系统研制 第8篇

1 试验台的功能

本试验台主要由台架、9套电液加载系统、电气控制部分组成。加载力0~30000N的6套, 加载力0~10000N的3套。电气控制可控制9套电液加载系统同步加载, 也可任意几个通道同步加载。

试验台可适用于国家强制标准GB 15083-2006;GB 13057-2003;GB14167-2006中对汽车座椅及安全带固定点强度方面的试验要求。

2 电控系统的总体设计

本试验台电气测控部分由以下几部分组成:上位机系统、控制箱、电源调理箱、DSP数字伺服控制器、信号测量系统, 结构图如图1。

试验人员通过上位机操作界面或手动控制器, 控制电机正反转, 进而调整9个加载通道的位置, 以适应不同的试验需求, 当9个加载通道彼此之间要发生机械干涉时, 通过行程开关向上位机预警, 上位机自动停止加载通道的位置调整, 并通过警示灯和人机操作界面提示试验人员机械干涉故障。

加载通道位置调整到位后, 由试验人员通过专用试验工装将座椅和安全带固定到加载通道上。由试验人员通过上位机操作界选择预紧模式, DSP数字伺服控制器通过CAN总线接收上位机指令, 采集液压加载通道的位移传感器信息和负荷传感器信息, 进行位置控制, 拉紧工装, 当检测到负荷传感器大于300N, 预紧工作完成。

试验人员根据相应的试验标准分别输入9个加载通道相应的加载指令, 由DSP数字伺服控制器通过CAN总线接收加载指令, 同时采集负荷传感器输出, 进行力伺服闭环控制, 完成9个加载通道同步力加载。

3 结论

汽车座椅及安全带固定点强度试验台电控系统可同步控制9个液压缸对载荷进行加载, 同步达到设定载荷值。能采用力、位移两种控制方式, 并且能进行力、位置控制的相互平稳转换, 同时具备各种完善的保护机制。2008年底在某汽车中心试验室投入使用, 满足相应试验标准中的功能要求和性能要求, 设备一直运行平稳, 效果良好。

摘要：汽车座椅及安全带固定点强度试验台采用电液伺服为加载机构, 具有9个加载通道, 电控系统采集各通道的传感器信息, 根据输入指令控制单加载通道或多加载通道进行位置伺服控制和力伺服控制, 完成安全带固定点强度试验、座椅强度试验和靠背静刚度等加载试验。

关键词：汽车座椅强度试验,多通道同步加载,电控系统

参考文献

[1]姚为民, 孙丹丹.汽车座椅系统安全性综述[J].汽车技术, 2002.

英国研制出司机疲劳警报系统 第9篇

司机疲劳警报系统是由英国Loughborough大学睡眠研究中心的科学家研制成功的。该系统能够监控司机表现出的疲劳迹象，并向他们发出警告。系统将一些常见因素作为参考系数，如由于司机睡眠造成的交通事故高发时段、车辆行驶状况，以及司机持续驾驶的时间等，一旦司机昏昏欲睡，声音和图像警示器将对他们提出警告。司机疲劳警报系统在世界各地进行过严格的测试，如今已在包括英国在内的欧盟国家、中东地区和美国投入使用。负责开发该系统的史蒂夫·菲尔德说：“司机睡觉在各国都是最主要的交通事故原因。我们相信，在对抗因司机疲劳和睡眠引起的交通事故的战役中，我们的这一成果将成为全球的领导者。”

那么如何操作该系统呢？当司机进入驾驶室准备上路时，首先要对该装置进行重启。按下“菜单”按钮，显示屏会显示“新司机确定”信息。之后装置会显示确认提示：“已重起并就绪”。司机输入完自己的睡眠信息（共四种）之后，司机疲劳警报系统就作好了持续监测各个参数（如当日时间、司机的睡眠信息、已完成的驾驶时间和类型，以及车辆正在行驶的方式等）的准备。如果认为必要，该装置会激活声音和图像警报，以提醒司机他们已开始表现出疲劳的早期迹象了。

如果交通事故已经发生，一些重要的驾驶数据可以被下载，以帮助鉴定和确认各方面的实际情况，如司机是否启动系统并输入了自己的睡眠信息，系统是否发出了警报，以及司机是否采取了必要的措施进行休息等。

中国地震局解密“独门秘技”——靠月亮预测地震

近日，刚刚解密的中国地震局2004年全国地震趋势预测资料显示，我国科学家用20年时间开创的地震预测理论，成功预测了2004年全国16起五级以上地震当中的14起。

独辟蹊径

长期以来地震预报一直是一项世界级难题。这是由于“上天有路，入地无门”，人们至今还无法对震源深处作任何直接的观测研究。即使在最发达的国家，用仪器测量地震参数也才只有几十年的时间，科学家难以积累起比较完整的资料。

中国地震局分析预报中心研究员尹祥础介绍，地震的孕育过程虽然极其复杂，但地震最主要的物理实质在于震源区介质逐步受到损伤，从而最终导致大规模的突然失稳（破坏）。课题组正是将着眼点放在了地震临界状态上。通过观察检测区域对微小干扰的响应情况，判断该地区是否处于稳定状态。

一根稻草压垮骆驼

尹祥础向记者解释说，在非孕震期或孕震初期，孕震区处于稳定状态，在这种条件下，如果其受力状态增高一点（力学上称之为加载），与之对应的各种物理量（如变形、位移、能量密度等，统称为“响应”）也只增高一点；反之，其受力状态减少一点（力学上称之为“卸载”），其响应也减少一点。但当地震发生前夕，哪怕是极其微小的加载，也会引起巨大的“响应”。这就像一头骆驼背负的稻草重量已经达到了承受的极限，这个时候再增加一根稻草就足以压垮它。我国科学家正是通过观察检测区域对加载的响应和对卸载的响应的比值判断当地是否处于不稳定状态。

月亮帮忙

因为地球表面面积极大，因而科学家不可能人为对检测地区加载或卸载。是月球和太阳等天体与地球之间的万有引力帮了科学家的忙。尹祥础告诉记者，就像月球等天体与地球之间的万有引力作用引发地球潮汐一样，这种引力对地球的固体介质同样产生作用，引发“固体潮”。虽然这种引力作用大小只有1%个大气压，但已经足以帮助科学家预测地震。

据介绍，这种预测方法目前主要用于对地震的中短期预测，提前量约为几个月到几年。

加卸载响应比理论是否适用于预测海底地震呢？尹祥础表示，并不存在原则性困难，我国科学家在此领域也已经开始了相关探索。但目前我国对海底地震的监测力量还很薄弱。这主要是因为监测海底地震活动的成本至少比监测陆地地震活动高出一个量级。虽然尹祥础表示我国受到海底地震影响的可能性不大，但他认为对海底地震进行预测研究仍然是一个需要重视的课题。

日本公司推出内置测试功能车载电池

日本古川电池公司日前在东京举行的国际汽车售后服务市场展上，推出了全球首款内置测试功能的车载电池，为汽车驾驶者随时掌握车载电池的蓄电情况提供了方便。

这款车载电池的表面设计有显示电池寿命的蓝、黄、红3色指示灯，蓝色表示电池处于可使用的正常状态，黄灯显示提醒车主更换电池，红灯则表明电池应马上更换。此外，该电池还设有充电状况显示标志，也是以蓝、黄、红3个小灯显示。这样，电池是否充电完毕及电池寿命如何等情况，均可以按动一个按钮后便一目了然。

本届国际汽车售后服务市场展于本月3日至6日举行。包括日本在内的14个国家和地区的269家相关企业和团体参加了展览，展示了各自最新的汽车售后服务技术和理念。

耐压试验专用线箱的研制 第10篇

近年来, 随着电网规模的不断扩大, 电力系统向高电压、大容量、互联网发展, 以及用电部门要求的提高, 对电力系统的安全可靠性指标的要求也越来越高。电气试验作为检修的排头兵, 肩负着越来越重的使命。而耐压试验在高压电气试验中又占有举足轻重的地位。每次进行耐压试验工作时, 班组都需要使用铁丝作为辅助工具。现场工作中, 发现了三大缺点:第一, 工作中都是在试验现场临时靠估计从铁丝棒上绕取短路线, 随意性很大, 这就造成了试验前准备时间过长, 试验后收拾现场慢, 经常出现延误试验时间的情况;第二, 铁丝容易生锈并容易缠绕打结, 造成乱扔乱放现象严重, 使用后得不到有效归置和回收, 不符合精益生产的要求, 且容易造成接触不良, 容易影响试验结果;第三, 试验后稍有不慎就可能将短路线遗留在设备上, 一旦送电, 后果不堪设想, 不符合安全生产要求。

耐压试验专用线箱的研发, 有效地解决了以上问题。使试验人员在进行短路操作时省时省力, 提高工作效率, 减轻劳动强度, 提高试验可靠性。同时, 耐压专用线箱中可伸缩式短接线的研发, 避免了以前铁丝总是容易变形、缠绕打结、容易生锈、不可多次回收再利用的现象。

2 国内外研究水平综述

短接线作为耐压试验不可或缺的辅助工具, 一直以来并没有得到国内外研究机构和厂家的重视。在耐压试验中, 仍多采取在试验现场临时估计截取铁丝缠绕进行短路的试验方法。相对的, 国内外研究机构也没有对耐压试验专用线箱相关方面的研究。

3 项目研究内容和实施方案

随着电网规模的不断扩大, 面对电力系统对安全稳定性的要求, 耐压专用线箱的研制刻不容缓。耐压试验专用线箱的研制, 可有效地解决目前耐压试验中存在的试验时间长, 铁丝易生锈打结, 回收率低, 易造成接触不良, 影响试验结果几大问题。

3.1 耐压试验专用线箱研究内容

耐压专用线箱以线箱为载体, 箱内按照“定置管理, 分区放置”的原理, 装载适用于各种电压等级电气设备的可伸缩式短接线。整套设备的研究主要由以下几部分组成:

3.1.1 可伸缩式短接线

短接线是整个耐压试验专用线箱的灵魂。短接线作为耐压试验不可或缺的辅助工具, 应该满足轻便易携带, 可反复使用, 长度可调节等条件。因此, 对短接线的研究开发主要集中在以下三个方面:

1) 连接线材质的选取。软铜线价格低廉, 使用过程中不易变形、不易生锈, 使用后容易恢复, 便于回收, 可多次反复使用;

2) 短接线与电气设备接触点材质的选取。鳄鱼夹轻便易携带, 价格低廉易收集, 锯齿形的接口与设备连接牢固, 不易脱落, 能够保证短路质量, 提高耐压试验的可靠性;

3) 可伸缩功能的实现。为满足不同型号的电气设备的不同长度需求, 专门设计制作了短接线的可伸缩装置。使短接线的长度可任意调节, 同时具备拉伸定位、可控制回缩的功能。

3.1.2 箱体

箱体是整个耐压试验专用线箱的载体。满足了体积小巧、携带方便的要求。同时, 严格遵守“定置管理, 分区放置”的思路, 内部空间划分明确, 大大缩短了试验人员试验前的准备时间, 减轻了劳动强度。

3.2 耐压试验专用线箱方案实施

3.2.1 耐压试验专用线箱开发的主要技术难点

可伸缩功能的实现。可伸缩装置是可伸缩式短接线的关键环节。由于不同的电气设备对短接线的长度有着不同要求, 因此, 短接线在满足体积小巧、易携带的前提下, 还应做到长度可调节、具备拉伸定位、可控制回缩的功能。

3.2.2 耐压试验专用线箱的实施分为以下几个部分

1) 选材与制图。选取同时满足轻便、价格低廉、不易变形、不易生锈, 使用后容易恢复, 便于回收, 可多次反复使用等条件的短接线材料。按照可伸缩的功能要求, 设计完成可伸缩装置的图纸制作, 通过开会讨论和性能测试选择最终方案。

2) 可伸缩式短接线的制作。按照设计图纸, 结合选定的短接线材料和短接线与电气设备接触部件, 开始机械加工可伸缩式短接线。

3) 短接线性能的测试与改进。对可伸缩式短接线进行详细测试, 如耐压性、载流量、机械特性等多项数据进行测量比较, 选择最优方案, 不断改进。

4) 耐压箱标签设计。对可伸缩式短接线进行标签制作, 标清每条短接线的编号、长度信息。将5S管理与现场作业标准化相结合, 实施视觉化管理, 反复研究、试验和改进, 对工具箱内物品均进行标识, 有效地防止物品混淆, 现场使用的各类工具都能做到如数归位, 真正做到了工作完毕、工具材料点清、保持场地整洁、无遗漏物品。

5) 耐压箱的集成与试验项目优化。设计制作大小适宜的工具箱, 制作耐压专用线箱, 并根据每根短接线和鳄鱼夹的规格, 在箱子内开凿了大小相适应的空间, 规整的摆放下几种规格的短接线, 将“定置管理, 分区放置”思路运用到工器具管理中。

4 结论

“耐压试验专用线箱”的预期目标和成果体现在它使试验人员在进行短路操作时省时省力, 缩短了试验前的准备时间和试验后的清理时间, 提高工作效率, 减轻劳动强度, 提高试验可靠性。同时, 避免了以前铁丝总是容易变形、缠绕打结、容易生锈、不可多次回收再利用的现象。可伸缩的结构设计, 满足了不同电压等级不同电气设备对短接线长度的不同要求, 是可伸缩式短接线的利用率大大提高, 具有普及型, 很大程度节约了短路线的开支, 提高了经济效益。

参考文献

[1]黄世英.电气试验工.水利电力出版社, 1987.