在工業(yè)生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中换蛔，經(jīng)常要對(duì)溫度诱价、流量、壓力等模擬量進(jìn)行采集孽强，對(duì)繼電器涧俐、接觸器等開關(guān)量進(jìn)行控制，此外還有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)進(jìn)行精確的位移控制氮妆。開發(fā)一種基于計(jì)算機(jī)的機(jī)床測(cè)試系統(tǒng)偶村，把各種控制量集成在一起構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)很有必要。本文以一臺(tái)計(jì)算機(jī)為主控制器匹溪，采用Windows風(fēng)格接口軟件娶架，計(jì)算和測(cè)試速度快，信息處理能力強(qiáng)玩冷，系統(tǒng)集成度高窿侈，工作界面友好，操作方便秋茫，實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化史简，提高了測(cè)試效率和準(zhǔn)確性。

系統(tǒng)主要功能及特點(diǎn)

    系統(tǒng)以對(duì)機(jī)床性能影響大的參數(shù)集成測(cè)試為主要目的肛著，具有以下功能和特點(diǎn)：

    （1）系統(tǒng)對(duì)減速器具有測(cè)量載荷圆兵，進(jìn)行空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)枢贿、慣性負(fù)載試驗(yàn)衙傀、離合器通斷試驗(yàn)抬吟、回差試驗(yàn)等功能，可同時(shí)對(duì)X统抬、Y1火本、Y2三軸進(jìn)行測(cè)試；
    （2）系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)具有在線測(cè)量聪建；調(diào)高精度功能钙畔，最多可同時(shí)測(cè)試8機(jī)頭，對(duì)進(jìn)給距離具有自動(dòng)設(shè)置和用戶給定功能槽悼，誤差值隨著機(jī)頭的進(jìn)給實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示埂荤；
    （3）具有自動(dòng)測(cè)試時(shí)間設(shè)定、加虛擬負(fù)載页梁、載荷調(diào)節(jié)功能屁蕾；
    （4）對(duì)控制系統(tǒng)具有高溫老化試驗(yàn)功能，自動(dòng)監(jiān)測(cè)和記錄系統(tǒng)狀態(tài)队淳；
    （5）測(cè)量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示躺潘，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超標(biāo)立即報(bào)警或停止實(shí)驗(yàn)；
    （6）測(cè)試結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)分析和打印千雏，并可進(jìn)行相關(guān)文件操作毕亲，以便對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行深層分析和統(tǒng)計(jì)。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和組成

    系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)误目，以計(jì)算機(jī)作為主控制器项蝉。計(jì)算機(jī)有著豐富的軟硬件資源和強(qiáng)大的系統(tǒng)功能，運(yùn)算和控制速度高轴私，在現(xiàn)場(chǎng)控制上有著良好的控制性能白找。系統(tǒng)其他部分都通過(guò)接口卡與計(jì)算機(jī)相連，被其控制同時(shí)為其提供測(cè)試數(shù)據(jù)赁严。通過(guò)執(zhí)行計(jì)算機(jī)上的接口軟件调限，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主要有以下部分：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

主控制器

    系統(tǒng)的主控制器由一臺(tái)工控計(jì)算機(jī)误澳、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤耻矮、鼠標(biāo)器、CRT彩色顯示器和打印機(jī)等組成忆谓。計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器裆装，通過(guò)接口卡控制其他部分動(dòng)作，采集測(cè)試數(shù)據(jù)倡缠，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算和分析哨免，完成系統(tǒng)集成的各項(xiàng)測(cè)試功能，同時(shí)在測(cè)試的過(guò)程中昙沦，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示琢唾，如果發(fā)現(xiàn)超標(biāo)即進(jìn)行報(bào)警處理载荔，并自動(dòng)記錄故障時(shí)刻，以便操作者采取相關(guān)措施采桃。操作者可通過(guò)顯示器懒熙、鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)行人機(jī)操作，選擇相應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目脂壁，輸入必要的測(cè)試參數(shù)囤乎，監(jiān)測(cè)整個(gè)測(cè)試過(guò)程，并進(jìn)行相應(yīng)的文件操作揖帕，通過(guò)打印機(jī)打印測(cè)試結(jié)果敢薄。

接口模塊

    接口模塊主要包括隔離驅(qū)動(dòng)卡，輸入輸出接口卡挎茂。輸入輸出接口卡負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試裝置的控制和數(shù)據(jù)采集艇线，分為數(shù)字信號(hào)接口和模擬信號(hào)接口，模擬輸入（AI）采用研華PCI-726热轨，模擬輸出（AO）采用研華PCI-1710游鹿，隔離驅(qū)動(dòng)卡數(shù)字輸入（DI）數(shù)字輸出（DO）采用研華PCI-734。具體通道數(shù)確定如下：
數(shù)字輸入（DI）：轉(zhuǎn)矩傳感器3路跷它，碼盤18路，故障報(bào)警3路
模擬輸入（AI）：接近傳感器8路
數(shù)字輸出（DO）：離合器3路刁夺，脈沖禁止3路唾诺，SV-ON3路，脈沖串3路途凫，符號(hào)3路垢夹，C-MODE3路
模擬輸出（AO）：伺服指令：3路，加載控制：3路
總計(jì)DI：24路维费，AI：8路果元，DO：18路，AO：6路犀盟。

    本系統(tǒng)采用的輸入輸出接口卡均為PCI總線而晒，由于測(cè)試和控制量較多，所以采用了三塊接口卡阅畴，通過(guò)硬件調(diào)線倡怎，設(shè)置其基地址分別為300H和330H。模擬信號(hào)輸入輸出通道相互獨(dú)立贱枣，分辨率為12位监署，其信號(hào)范圍如下：
輸入范圍：-10V～+10V
輸出范圍：-10V～+10V
接口卡的數(shù)字輸入輸出信號(hào)與TTL電平兼容，易于和其他部分相連纽哥，特性如下：
輸入低電平VIL≤0.8V
輸入高電平VIH≥2.0V
輸出低電平VOL≤0.5V
輸出高電平VOH≥2.4V

    為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性钠乏，系統(tǒng)還采用了一塊隔離驅(qū)動(dòng)卡衙猾，通過(guò)光電隔離等手段來(lái)保證計(jì)算機(jī)信號(hào)和外界信號(hào)的隔離，并把接口卡的輸出信號(hào)放大為伺服驅(qū)動(dòng)器和離合器等所需強(qiáng)度控制信號(hào)诽祠。

運(yùn)動(dòng)控制模塊

    主要包括伺服系統(tǒng)和加載系統(tǒng)斧与。伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)和光電碼盤組成螃方，其主要作用是控制測(cè)試過(guò)程中被測(cè)減速器按照一運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)照腐。本系統(tǒng)中，采用了3套松下（MINAS）伺服系統(tǒng)分別控制X担灭、Y1贿册、Y2三軸，該系統(tǒng)有速度控制寓综、位置控制和轉(zhuǎn)矩控制三種控制方式睦忘，能滿足測(cè)試過(guò)程中的各種運(yùn)動(dòng)控制要求，在使用前耿堕，需進(jìn)行參數(shù)設(shè)置砖啄，有關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：
NO.25=10000, NO.26=7200
NO.27=1, NO.29=3

    伺服驅(qū)動(dòng)器受計(jì)算機(jī)接口卡控制，接口卡的伺服指令輸出為+3V時(shí)味廊，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分蒸甜。計(jì)算機(jī)還通過(guò)接口卡控制伺服驅(qū)動(dòng)器的符號(hào)位、輸出禁止余佛、SV-ON位和C-MODE位柠新。符號(hào)為1時(shí)對(duì)應(yīng)CCW方向(正轉(zhuǎn)),脈沖輸出為1時(shí)禁止有效，SV-ON低電平有效辉巡，C-MODE低電平為速度控制方式恨憎，高電平為位置控制方式，在測(cè)試過(guò)程中郊楣，根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目不同憔恳，計(jì)算機(jī)按照程序改變這些控制信號(hào)，使伺服電機(jī)工作于不同方式和狀態(tài)净蚤。

    加載系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)向軸端提供虛擬負(fù)載钥组，加載控制器接受計(jì)算機(jī)輸出的模擬信號(hào)，并根據(jù)這個(gè)信號(hào)調(diào)整加載裝置流過(guò)的電流今瀑，進(jìn)而控制軸端轉(zhuǎn)矩者铜。

傳感器模塊

    接近傳感器選用量程為20mm，輸出電壓為0～5V的WYD系列直流位移傳感器放椰，該傳感器與電子電路集成一體绵颅，安裝使用方便，不需外加放大器，可直接與計(jì)算機(jī)輸入輸出接口卡連接忙体，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理济谢，進(jìn)而把相對(duì)位移的微變量提供給計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)共采用8個(gè)接近傳感器測(cè)試調(diào)高精度怨级。

    轉(zhuǎn)矩傳感器選用JN338轉(zhuǎn)矩傳感器情腥，該傳感器可實(shí)現(xiàn)能源及信號(hào)的非接觸傳遞，并做到了傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)钮核，與轉(zhuǎn)速大小無(wú)關(guān)辰张，與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)，輸出信號(hào)為脈沖信號(hào)新掸。

    增量式光電編碼器作為速度和位移傳感器欢巡，它的輸出一方面提供給伺服系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，另一方面供計(jì)算機(jī)采集教九，計(jì)算機(jī)通過(guò)軟件對(duì)編碼器輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和計(jì)數(shù)致驶，計(jì)數(shù)總值與脈沖當(dāng)量的積即為位移量，而短時(shí)間內(nèi)的位移量即為瞬時(shí)速度箱靴。

接口軟件開發(fā)

    系統(tǒng)接口軟件主應(yīng)用程序是在Windows操作系統(tǒng)下腺逛，用可視化程序開發(fā)工具Visual Basic6.0開發(fā)的. 軟件操作界面采用Windows風(fēng)格,其框圖如圖2所示。

                                                                                                           圖2 系統(tǒng)軟件框圖

    Visual Basic6.0是一門功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)高級(jí)可視化編程語(yǔ)言衡怀，但卻不能直接訪問(wèn)計(jì)算機(jī)輸入輸出接口棍矛，為了解決這一問(wèn)題，系統(tǒng)用C++語(yǔ)言編制了一個(gè)動(dòng)態(tài)連接庫(kù)(DLL)抛杨，對(duì)硬件端口的訪問(wèn)功能全在連接庫(kù)中實(shí)現(xiàn)够委，當(dāng)需要訪問(wèn)某個(gè)端口時(shí)，調(diào)用相應(yīng)的連接庫(kù)函數(shù)蝶桶，進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接慨绳。這樣不但實(shí)現(xiàn)了預(yù)定功能掉冶，而且使軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化真竖，節(jié)約了大量系統(tǒng)資源。

結(jié)論

    以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)床測(cè)試系統(tǒng)厌小，運(yùn)行平穩(wěn)恢共，界面友好，操作方便璧亚，控制精度高柴炉，定位精度X軸Y1軸Y2軸都達(dá)到了0.024mm,重復(fù)定位精度X軸Y1軸Y2軸都達(dá)到了0.015mm。

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