一种路强仪控制系统及其控制方法与流程

1.本发明属于路强仪控制技术领域，尤其涉及一种路强仪控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.路面材料强度综合测定仪，支持对马歇尔试验、承载比(cbr)试验、无侧限抗压强度试验等试验的操作和控制，是实现对路面材料强度测定试验规定的专用设备。
3.传统路强仪的控制系统，采用强电控制板控制1台普通三相电机定速转动以及转动方向的切换来实现匀速位移控制和横梁的上升/下降功能，移动横梁和加载过程涉及到的位移速率相差很大，通常移动横梁速度较快达到50mm/min,压到试块后加载过程移动速率很慢，通常设定值是1
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2mm/min，其采用的技术手段是更换两套不同速比的减速机构来实现定位移的控制。
4.显而易见，上述传统技术方案存在的缺点如下：(1)通过电机定转速控制和减速机构的配合实现对目标加载试样的位移速率控制，该控制是开环的，不能实现对试样的力闭环控制，因此对试样加载过程的力控制不能做到真正有效可控，只是用位移速率的开环控制类似实现了部分力控制的效果；(2)需要切换不同的位移控制速率时，需要更换另一套减速机构，现场试验过程较繁琐，自动化程度低；(3)只连有数显模块，不支持联网对接、数据上传。上述传统常规方案是当前主要的控制系统方案，业内针对其试验过程需要更换减速机构的缺点也进行了技术革新，譬如有厂家通过增加一套普通三相电机及对应的减速机构来达到了不用更换减速机构的功能，相应提高了试验效率。


技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术的不足，提供一种路强仪控制系统及其控制方法，以解决现有技术中存在的问题。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种路强仪控制系统，包括第一执行机构、第二执行机构与控制机构；其中：
7.所述第一执行机构包括主控制器、伺服电机、伺服电机驱动器、第一减速机组以及第一连接器，所述第二执行机构包括强电控制器、三相电机、第二减速机组以及第二连接器，所述控制机构包括力传感器、位移传感器、电源以及控制主机；
8.所述主控制器与力传感器、位移传感器、电源、伺服电机驱动器、强电控制器以及控制主机连接，所述主控制器通过以太口或串口与所述控制主机通信连接，所述主控制器能够对力与位移进行同步测量控制，所述主控制器能够对伺服电机进行驱动控制，所述主控制器通过对伺服电机进行驱动控制，对系统的力闭环控制或位移闭环控制进行加载、持荷与卸载；
9.所述强电控制器与电源、三相电机以及主控制器连接，所述强电控制器接收主控制器的控制指令，通过控制继电器通断对三相电机的转速进行控制来实现系统的位移开环控制；
10.所述控制主机内装有上位机控制软件，所述控制主机通过以太口或串口与主控制器进行数据和控制交互。
11.所述主控制器和强电控制器均装有嵌入式软件。
12.优选的，所述控制主机为工控屏或控制电脑，所述控制主机内的上位机控制软件能够对获取的实验数据进行联网上传到服务器。
13.本发明还公开了一种路强仪控制系统的控制方法，包括以下步骤：
14.s1、初始化，系统上电自检，主控制器嵌入式软件、上位机控制软件均按照预定的设计进行初始化操作，上位机软件连接主控制器后读取主控制器内部保存的参数并与上位机软件保存的参数进行核对校验；
15.s2、开环运行，抬升横梁，上位机软件按照预定的设计发送指令给主控制器，由主控制器发送指令到强电控制器完成结合第二连接器并开启三相电机定转速运行；
16.s3、加载进入，当油缸活塞与待测样品接触，加载力达到入口力后自动切换成闭环加载状态，此时上位机软件发送指令给到主控制器，主控制器通过控制强电控制器依次完成三相电机的停机、第二连接器的分离、第一连接器的结合的动作，然后主控制器驱动伺服电机进行闭环力控制；
17.s4、匀速加载或卸载，主控制器对需求力速率和实际力速率进行闭环pid控制，当力值达到上位机软件预设的持荷目标后进入持荷阶段，主控制器对需求力值和实际力值进行闭环pid控制；
18.s5、结束控制，上位机软件按照预定的设计发送指令给主控制器，主控制器和强电控制器依次完成停止伺服电机运行、分离第一连接器、结合第二连接器的动作，然后通过强电控制器驱动三相电机回退横梁。
19.s6、主控制器的嵌入式软件每隔一个固定时间周期tp启动一次以太或串口通信数据上传，将已保存有全通道力和位移的数据按照操作规则进行发送，控制主机的上位机软件实时接收来自主控制器上送的数据，上位机软件支持各种不同实验项目导入、报表的生成、试验过程的控制以及试验数据的上传管理。
20.优选的，主控制器嵌入式软件的处理算法步骤为：
21.t1、实时采集力传感器、位移传感器数值，并对采集到的各通道力传感器原始码值进行滤波算法处理，不对位移传感器数值进行滤波处理；
22.t2、根据来自上位机的操作指令，对三相电机和伺服电机分别进行操作控制，具体地：对于移动横梁等快速移动操作采用通过主控制器发送控制指令给到强电控制器，结合三相电机对应的连接器，进而通过强电控制器操作三相电机实现等速控制来达到要求的移动速度，三相电机的运行方向设定由强电控制器进行控制，对于加载、持荷和卸载等较慢速控制操作均采用通过主控制器直接控制驱动伺服电机来实现闭环力控制，此时要求断开三相电机对应的第二连接器且合上伺服电机对应的第一连接器；
23.t3、主控制器将实时采集到的各通道实验数据发送给到上位机，用于结果显示和过程控制处理使用，上位机软件负责统筹规划各个执行器的动作、诊断处理和安全保护处理。
24.优选的，步骤s6中，时间周期tp，可选地、可设定为20ms；操作规则为：报头 校验码 系统状态 异常状态 力通道值 位移0通道值 位移1通道值。
25.本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
26.(1)本发明在原有系统上新增一套伺服驱动系统，采用两套驱动系统分时独立驱动，尤其在加载、持荷和卸载过程均采用伺服力闭环控制，真正实现了力加载过程的可控和高控制精度，进一步提升了产品的技术水平；
27.(2)通过两套执行器，伺服电机 减速机组及连接器和三相电机 减速机组及连接器，实现了试验过程全自动化控制，试验效率大大提高；
28.(3)可支持连接工控屏或电脑，支持联网对接、试验数据上传，满足国家质检部门对工程材料施工质量监管的要求。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明优选实施例的连接示意图；
31.图2本发明优选实施例控制系统的模块示意图；
32.图3为本发明优选实施例控制系统的流程图；
33.图中：1、控制主机；2、伺服电机驱动器；3、主控制器；4、位移传感器；5、伺服电机；6、三相电机；7、力传感器；8、强电控制器；9、减速机组。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
35.结合图1与图2所示，一种路强仪控制系统，包括第一执行机构、第二执行机构与控制机构；其中：
36.第一执行机构包括主控制器3、伺服电机5、伺服电机驱动器2、第一减速机组以及第一连接器，第二执行机构包括强电控制器8、三相电机6、第二减速机组以及第二连接器，控制机构包括力传感器7、位移传感器4、电源以及控制主机1，第一减速机组与第二减速机组均属于减速机组9。
37.主控制器3与力传感器7、位移传感器4、电源、伺服电机驱动器2、强电控制器8以及控制主机1连接，主控制器3通过以太口或串口与控制主机1通信连接，主控制器3能够对力与位移进行同步测量控制，主控制器3能够对伺服电机5进行驱动控制，主控制器3通过对伺服电机5进行驱动控制，对系统的力闭环控制或位移闭环控制进行加载、持荷与卸载；
38.强电控制器8与电源、三相电机6以及主控制器3连接，强电控制器8接收主控制器3的控制指令，通过控制继电器通断对三相电机6的转速进行控制来实现系统的位移开环控制；
39.控制主机1内装有上位机控制软件，控制主机1通过以太口或串口与主控制器3进行数据和控制交互。
40.主控制器3和强电控制器8均装有嵌入式软件。
41.具体地，控制主机1为工控屏或控制电脑，控制主机1内的上位机控制软件能够对获取的实验数据进行联网上传到服务器。
42.如图2所示一种路强仪控制系统的控制方法，包括以下步骤：
43.s1、初始化，系统上电自检，主控制器3嵌入式软件、上位机控制软件均按照预定的设计进行初始化操作，上位机软件连接主控制器3后读取主控制器3内部保存的参数并与上位机软件保存的参数进行核对校验；
44.s2、开环运行，抬升横梁，上位机软件按照预定的设计发送指令给主控制器3，由主控制器3发送指令到强电控制器8完成结合第二连接器并开启三相电机6定转速运行；
45.s3、加载进入，当油缸活塞与待测样品接触，加载力达到入口力后自动切换成闭环加载状态，此时上位机软件发送指令给到主控制器3，主控制器3通过控制强电控制器8依次完成三相电机6的停机、第二连接器的分离、第一连接器的结合的动作，然后主控制器3驱动伺服电机5进行闭环力控制；
46.s4、匀速加载或卸载，主控制器3对需求力速率和实际力速率进行闭环pid控制；当力值达到上位机软件预设的持荷目标后进入持荷阶段，主控制器3对需求力值和实际力值进行闭环pid控制；
47.s5、结束控制，上位机软件按照预定的设计发送指令给主控制器3，主控制器3和强电控制器8依次完成停止伺服电机5运行、分离第一连接器、结合第二连接器的动作，然后通过强电控制器8驱动三相电机6回退横梁。
48.s6、主控制器3的嵌入式软件每隔一个固定时间周期tp启动一次以太或串口通信数据上传，将已保存有全通道力和位移的数据按照操作规则进行发送；控制主机1的上位机软件实时接收来自主控制器3上送的数据，上位机软件支持各种不同实验项目导入、报表的生成、试验过程的控制以及试验数据的上传管理。
49.在本实施例中，主控制器3嵌入式软件的处理算法步骤为：
50.t1、实时采集力传感器7、位移传感器4数值，并对采集到的各通道力传感器7原始码值进行滤波算法处理，不对位移传感器4数值进行滤波处理；
51.t2、根据来自上位机的操作指令，对三相电机6和伺服电机5分别进行操作控制，具体地：对于移动横梁等快速移动操作采用通过主控制器3发送控制指令给到强电控制器8，结合三相电机6对应的连接器，进而通过强电控制器8操作三相电机6实现等速控制来达到要求的移动速度，三相电机6的运行方向设定由强电控制器8进行控制；对于加载、持荷和卸载等较慢速控制操作均采用通过主控制器3直接控制驱动伺服电机5来实现闭环力控制，此时要求断开三相电机6对应的第二连接器且合上伺服电机5对应的第一连接器；
52.t3、主控制器3将实时采集到的各通道实验数据发送给到上位机，用于结果显示和过程控制处理使用，上位机软件负责统筹规划各个执行器的动作、诊断处理和安全保护处理。
53.具体地，步骤s6中，时间周期tp，可选地、可设定为20ms；操作规则为：报头 校验码 系统状态 异常状态 力通道值 位移0通道值 位移1通道值。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施
例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
55.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。