关键词：智能阀门控制器 压力机 全自动控制 应用
智能阀门控制器是一种应用微计算机编程原理技术控制的，进行改造传统设备的机电一体化产品，它可以非常方便地将双阀或单阀操作的水泥、砼抗压强度液压压力机由手动控制改造成高性能的全自动控制压力机，从而实现压力机的全自动控制。
1 智能阀门控制器系统
1.1系统构成及工作原理
智能阀门控制器为控制系统的核心，是将送油调节阀、溢流阀、电磁回油阀等融为一体的，具有高精度调节、压力上限保护、加荷卸荷换向、快速送回油等多种控制功能的机电一体化组合体。智能阀门控制器接收传感器和定位探头等的信号后，通过阀门控制电机组件对阀门进行控制调节，实现对整个抗压试验过程的智能化自动控制。同时进行力值采集和强度的计算、显示和数据的打印、保存，可以查询所保存的历史数据。智能阀门控制器系统构成及工作原理框图如图1所示。
双阀液压试验机按“运行”和“确认”键后，进入加压控制程序：回油控制电机迅速关闭回油阀;同时送油控制电机迅速打开送油阀，使送油阀转到预设的快速上升送油位置，此时压台迅速上升，抗压夹具的上压板迅速靠近试块上表面。当夹具压板与试块上表面接近到设定距离（2—3mm）时，压台定位探头上的黄色指示灯灭（蜂鸣器发出“嘟”的声响）;控制器接受到此信号后，立即驱动送油阀控制电机，迅速调整送油阀，使送油阀开度减少到预设的慢速送油位置，压台即由快速上升转入低速上升，抗压夹具上压板平缓地靠近试块上表面，直到与试块上表面接触，开始对试块加压;表盘指示值开始上升，控制器通过传感器检测到的压力信号也随表盘指针同步上升，控制器随即进入加荷速度自动控制状态。控制器随时检测传感器输出的压力信号值并计算加荷速度，与加荷速度设定值进行比较后调整送油阀开度，使加荷速度在允许的范围内波动。随压力的递增，控制器逐次刷新压力值直到试块破形。
试块一旦破形，控制器立即显示破形前的最大力值，并存入存储器，同时立即驱动回油控制电机打开回油阀、驱动送油控制电机关闭送油阀，迅速回油直到表盘指针回到零位，等待下一块试块的加压启动。在下一块开始时，控制器显示本组试块的序号和数据处理后的强度值（MPa）。
重复以上过程，直到控制器确认本组最后一块试块测试完毕，即驱动微打印机打印本组试块测试结果，同时将此结果与试块编号、试验日期一起存入数据库，以备日后查询。
单阀液压试验机控制原理与双阀的基本相同，工作流程也大致相仿，不同点在于：
⑴加压时，智能控制器驱动控制电机将阀门调节到快速送油位置，使压台快速上升，压台定位探头上的黄灯熄灭，控制器迅速调整阀位，使送油量减少，压台由高速上升转入低速上升。
⑵破形后，控制器打开回油电磁阀，迅速回油，回油时间可通过回油时间参数设定。
图1智能阀门控制器系统构成及工作原理框图
1.2前面板和键盘
控制器前面板上有数码显示器、指示灯和键盘。8位数码显示中，前4位显示压力值XXX.X（kN）,后3位显示加荷速度（kN/s）。双阀试验机有三个指示灯分别为“回油阀开”，“回油阀关”和“送油阀关”。回油阀打开到设定位置时，“回油阀开”指示灯点亮;回油阀关闭时，“回油阀关”指示灯亮;当送油阀关闭时，“送油阀关”指示灯亮。而单阀的只有两个指示灯“回油”和“油阀关”。当回油电磁阀打开（即回油）时，“回油”指示灯亮，关闭时，“回油”指示灯熄灭;送油阀处于零点位置时，“油阀关”指示灯点亮。按下“复位”键时，送油阀和回油阀将自动关到关位。键盘上共有22个轻触键，分别是数字键（包括0～9及小数点、A～Z26个英文字母）和功能键（包括复位、急停、参数、数据、查询、选项、确认、调试、标定、运行和返回等11个键），完成各自相应的功能。
1.3后面板及配线
控制器机外接线均由与后面板各插座相配的插头通过电缆线连接，非常方便。电气系统配线为：220V/AC电源线一根。带三脚插头的3芯屏蔽线1根，用于连接后面板的传感器插座与传感器。25芯打印机插头线一根，联接微型打印机。20芯矩形插头引出电控电缆，双阀共有5根，单阀只有3根（其中4芯控制机驱动电缆，双阀2根，单阀1根。6芯压台定位控制组件电缆各1根，双阀有1根6芯屏蔽电缆，用于连接回油控制电机组件内的阀门定位光电开关，另有1根3芯屏蔽电缆用于连接送油电机控制组件的阀门定位光电开关。单阀只有1根6芯屏蔽电缆用于连接控制电机组件内的阀门定位光电开关和电磁阀驱动继电器）。
1.4参数的设置
打开控制器后面板上的电源开关，显示器立即显示（n代表数字），亦即监控状态，此时即可检查或设置参数。每一个参数前二位数字代表该参数的编号，C表示参数，后面五位是参数取值，如：02CXXXXX等。30个参数可分为两类：一类是管理参数，包括样品编号、龄期、品种、年、月日共五个用于数据管理，外加一个控制参数管理钥匙码。另一类是工作参数，包括加荷速度、5个标定系数、2.4kN/s和5kN/s速度加荷的可调工作参数各7个、打印开关、密码、控制特性选择开关及回油时间共24个参数。仪器出厂时未置数，为随机数。如果未在规定的期限内置入规定的密码，仪器将自动停机。当显示Good.000时，必须置入规定的密码才能正常的工作。5个标定系数在标定时自动取值，不可调整。14个可调工作参数与送油阀性能及油的粘度有关，必须经调试确定。
由于压力机工况不同，环境温度不同，为使压力机能更好地应对各种情况，这些参数必须设定好。具体设置方法如下：按“参数”键后用数字键置入所需参数或修改的参数标号，即显示该参数原先保存的取值。然后根据所需置入的参数值，按相应数字/字母键（字母要用“确认”键确认），逐位输入参数值。该参数的各位数字或字母输入完后，按“数据”键，即把该参数值存入内存，并转入下一个参数的设置操作。全部参数置入完后，按“返回”键，即返回到监控状态。
1.5传感器的调零与标定
传感器的零点调整和标定前应先检查传感器的连接轴套上的顶丝，必须拧紧，传感器转动灵活，可以停在任意位置。在控制器预热15分钟后即可进行调整。首先使表盘指针准确稳定地处于零点位置，然后按“调试”键，再按相应数字键，此时显示器显示的数值为此时传感器输出信号的采样数码值。用螺丝刀调传感器上的调节轴，将上述数码值调到零点的采样码值。再用推杆或被动针移动表盘指针，使指针指示值上升（向顺时针方向转动），采样码值即随着上升，回移推杆使指针逆向转动，采样码值随即减少，当指针回到零位时，码值应能回到记录的零点码值（误差≤±20码）。即完成了零点调整。按相应数字键，控制器回到监控状态。
零点调整完后即可进行仪器标定。使表盘处于零点位置，按“标定”键，再按“确认”键，等表盘显示后，手动移动表盘指针，使指针准确稳定地指到50kN处，按“确认”键，待显示后可进行下一步操作。将表盘指针准确稳定地移到100kN、150kN、200kN、250kN等处，按最后一次“确认”键后仪器即已标定完毕。再按“返回”键，回到监控状态。标定结果需按“调试”键，再按相应数字键，进行检验，观察显示的kN值是否与用手动方法移动的表盘指针所指的kN值基本一致（误差≤±1%），合格后再使用。
2 系统的应用
2.1抗压强度的测定
水泥试块抗压强度的测定，以连续测试每组6块试块为例，具体步骤如下：
开动油泵，预热15分钟。在压台上放好抗压夹具，在夹具内放入第1块试块。开控制器电源开关，按“参数”键和“数据”键，显示样品编号，按所测试块的编号依次用数字键和“确认”键，将编号逐字置入，最后一组数字置入后按“数据”键存入。以同样的方法置入试块龄期、水泥品种（标号）、加荷速度、年、月、日。然后输入控制参数管理钥匙码（此时允许修改所有参数），检查核对参数确认无误后方可进行测试。按“返回”键返回监控状态。
按“运行”键，显示“Run……”。按“确认”键，显示“XXX.X—”，加压试验程序启动。“回油阀关”指示灯亮，同时送油阀迅速打开，“送油阀关”指示灯由点亮变为熄灭。单阀试验机阀门向加油方向运动，“油阀关”指示灯由点亮变为熄灭。当夹具压板接近试块上表面时，压台定位探头上的黄灯熄灭，蜂鸣器发出声响，压台上升速度减慢，抗压夹具缓慢而平稳地与试块表面接触。夹具压板一旦与试块接触，表盘指针开始转动，同时数码显示即开始显示数字。智能控制器即开始对加压过程进行智能式控制。当力值增加到10kN附近时，加荷速度即控制在2.4或5kN/s，直到试块破形。
试块破形后，指针停止转动，数码显示的前4位显示出破形前达到的最大力值，后3位速度显示值变为0.00（kN/s），此时双阀试验机回油阀迅速打开，“回油阀开”指示灯点亮，同时送油阀迅速关闭，“送油阀关”指示灯也点亮，压台迅速下降，表盘指针回零。单阀试验机在破形后，阀门关向油阀零点，同时启动回油电磁阀，“回油”指示灯点亮，阀门自动回调到送油起始点，“油阀关”指示灯点亮，待回油时间到，回油电磁阀关闭，“回油”指示灯熄灭。
取下破形的第1块试块，放入第2块试块，按“确认”键。此时，数码显示由显示力值变为显示第1块试块的序号和强度值，过十几秒钟后，序号和强度值自动消失，显示全部为“0”，即开始进行第2块试块的加压过程。重复以上操作，直到第6块试块破形后，将显示第6块试块的强度值。十几秒钟后自动显示出6块试块经数据处理后的强度值。同时打印出测定结果。
此后如果进行下一组试块的试验时，还应先输入样品编号，龄期和品种，装上下一组的第1块试块后，按“运行”键、“确认”键，即开始该组试块的测定。如当天的全部试块测定完毕，应在“回油阀关”、“送油阀关”的情况下按“返回”键返回监控状态，然后可以关机。
2.2数据的查询
本控制器可保存12288组试块的试验数据，并可按试验日期和试块编号两种方式查询。
⑴按年、月、日查询
按“参数”键，选择年份、月日参数，置入所查数据的年、月和日，按“数据”键存入，再按“返回”键返回。按“查询”键，显示日期，再按“数据”键，显示所查的年、月、日。逐次按“选项”键，依次显示编号、龄期和品种、该组试块的平均强度值。由于同一天内所测的试块不止一组，因此继续按“数据”键即可查找当天所有各组试块的数据，直到当天各组数据全部查完后，显示“end”，查询完后按“返回”键返回监控状态。
⑵按编号方式查询
按“参数”键，用数据键置入样品编号参数，用数字/字母键配合选项逐个置入所需查找的试块编号，然后按“数据”键存入，再按“返回”键返回。按“查询”键，显示日期。再按一次“查询”键，显示编号。按“数据”键，显示所查试块的年、月、日。逐次按“选项”键，即顺次显示所查试块的编号、龄期、品种和强度。再按“数据”键时，显示“end”，表示该组试块查询完毕。查询结束后按“返回”键返回监控状态。
3 主要特点和主要技术指标
3.1主要特点
⑴适应性强，可用于任何型号的水泥抗压强度试验机的改造（如无锡、济南、长春产300 kN、600kN双阀或金华产单阀液压试验机等），还可用于混凝土抗压强度试验机的改造。
⑵自10kN开始，实现2.4kN±0.2kN/s加荷速度控制。对于1天龄期等低强度试块，还可以自5kN开始实现1±0.1kN/s加荷速度自动控制，并设有2.4kN/s和5kN/s加荷速度切换，以及适应新老标准的数据分析处理方法，便于企业向新标准过渡。
⑶采用误差为0.1%的精密角度传感器和零点自动跟踪技术，保证测量的准确性和长期稳定性，而且在被改造试验机检定合格证有效期限内，改造后无须重新检定。
⑷保留表盘显示，采用4位数码管和表盘同步显示，显示直观、正确，便于有关部门例行常规检定;自动按新老标准进行抗压强度的数据处理，并由微打印机打印测定结果;同时可长期保存试验数据，便于查询;还可通过RS485接口与管理微机联机。
⑸无须改动油路，现场改造工作简便快捷，一台液压试验机的改造时间不超过8小时，不会影响水泥日常检验工作，而且随时可换上手柄，改由手动操作。
⑹改造费用低，仅为新购一台性能相当的全自动压力试验机的30%左右，性能价格比高。
⑺设有快慢升降速度自动控制功能，即可减少强度试验时间，又可避免对试块的冲击载荷。
⑻设有压力机抗压夹具自动保护功能，使用安全可靠。
⑼设有工作介质油自动温度控制措施，降低油粘度对控制精度的影响。
3.2主要技术指标
⑴压力测量：测量准确度：﹤1.0%（示值相对误差及重复性相对误差）;显示精度：0.1 kN，4位数码和表盘同步显示。测量范围：300、200、150可选。
⑵加荷速度自动控制：2.4±0.2kN/s或5±0.5kN/s可选，10kN开始达到设定加荷速度;检定或测定低强度试块时最低还可选用0.5kN/s;加荷速度显示精度0.01kN/s（3位数码显示）。
⑶零点相对误差：﹤0.1%。
⑷数据保存及查询：12288组（如每天33组试块，可保存一年的全部数据）。查询方式：可按日期或编号查询。
⑸通讯接口：RS485/RS232（选项）。
⑹供电：220VAC±10%，50Hz±2%,≤150W;压力机设备接地电阻≤4Ω。
⑺应用环境：温度10℃～30℃;无强电场、磁场干扰。
4 结束语
通过智能阀门控制器改造压力机实现全自动控制，经用户实际应用表明，使用效果良好，本系统完全达到全自动控制功能要求，具有操作简单、仪器调试检验极为方便，实现了压力机的全自动控制，从而节省了抗压强度的检验时间，提高了工作效率。
参考文献：
1 黄一夫.微型计算机控制技术.北京：机械工业出版社，1988
2 王家桢.传感器与变送器.北京：清华大学出版社，1996
3 刘宝庭.步进电机及驱动控制系统.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997
4 吴兴惠,王彩君.传感器与信号处理.北京：电子工业出版社，1998
5 谭建成.电机控制专用集成电路.北京：机械工业出版社，1999
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