基于NI PXI Express平臺(tái)的石油管復(fù)合擠毀試驗(yàn)機(jī)控制

除去上述優(yōu)點(diǎn)，這種架構(gòu)方式唯一需要注意的是MIX通訊卡與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的兼容性。

板卡選擇中，僅選用以下4種6塊板卡即可滿足系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集通道需求：

PXIe-6363 X系列多功能卡1塊。這塊板卡功能強(qiáng)大，帶有32路正負(fù)10 伏模擬輸入，4路正負(fù)10伏模擬輸出，48路5伏數(shù)字I/O和4路32位計(jì)數(shù)器。系統(tǒng)中使用正負(fù)10伏模擬輸入功能接入所有執(zhí)行子系統(tǒng)監(jiān)控傳感器信號(hào)，使用正負(fù)10伏模擬輸出控制液壓油源、高壓水加壓泵站和高壓氣加壓泵站中的氣控調(diào)壓閥等執(zhí)行元件。5伏數(shù)字I/O和32位計(jì)數(shù)器功能未使用。

PXI-6515數(shù)字I/O卡1塊。這是一塊32通道24伏工業(yè)數(shù)字I/O卡，它的數(shù)字輸出功能用來控制所有中間繼電器通斷，根據(jù)試驗(yàn)步驟開啟或關(guān)閉電機(jī)、泵及所有閥件;數(shù)字輸入功能收集油濾、緊急停止按鈕的狀態(tài)信號(hào)。

PXIe-4330應(yīng)變與橋路傳感器數(shù)據(jù)采集卡3塊。該數(shù)據(jù)采集卡集傳感器供電與信號(hào)調(diào)理、采集于一體，能為傳感器提供0.625伏到10伏的供電。這一供電范圍涵蓋了應(yīng)變采集常用的2伏和3.3伏以及高精度壓力傳感器常用的10伏，使系統(tǒng)無須再為傳感器另配線性電源。3塊采集卡中的1塊8個(gè)通道用來采集液壓缸兩腔壓力和試樣內(nèi)壓及外壓，同時(shí)為外接位移傳感器和力傳感器預(yù)留通道。剩余2塊采集卡實(shí)現(xiàn)16通道1/4橋應(yīng)變高速同步采集(采樣頻率最高達(dá)25kHz)。

PXIe-4353熱電偶數(shù)據(jù)采集卡1塊。這塊采集卡含有32個(gè)采集通道，其中8個(gè)通道內(nèi)置冷端補(bǔ)償。采集卡支持J、K、T、E、N、B、R和S共8個(gè)類型的熱電偶，涵蓋了石油管試驗(yàn)中常用的J、K兩種類型熱電偶。試驗(yàn)中試樣溫度變化較慢，因此最高90Hz的采樣頻率也足以滿足使用需求。

四、軟件實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)成果

軟件編寫中，充分利用了LabVIEW 2011 軟件開發(fā)平臺(tái)的并行處理特長(zhǎng)，令以下三個(gè)循環(huán)同時(shí)運(yùn)行：

(1)液壓油源、高壓水加壓泵站、高壓氣加壓泵站控制與多物理量數(shù)據(jù)采集循環(huán);

(2)前面板操作響應(yīng)循環(huán);

(3)界面顯示與刷新循環(huán);

軟件源代碼如圖3所示。

圖3 LabVIEW軟件源代碼

其中，液壓油源、高壓水加壓泵站、高壓氣加壓泵站的控制程序同樣并行運(yùn)行，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠同時(shí)給試樣施加軸向載荷、側(cè)向彎曲以及內(nèi)壓和外壓。

軟件主界面如圖4所示。進(jìn)入軟件主界面后，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)板卡狀態(tài)。這部分功能利用板卡驅(qū)動(dòng)編寫。如果板卡狀態(tài)異常則鎖定界面，使后續(xù)操作無法完成，保證試驗(yàn)安全。

圖4 軟件主界面

其后開始試驗(yàn)參數(shù)配置。配置過程包括輸入試樣信息、傳感器配置、載荷步驟設(shè)置(如圖5)、應(yīng)變與熱電偶采集配置等。每完成一步配置，點(diǎn)擊下一步，直到配置完成。這種鎖定的順序過程可以避免因某步信息未輸入而默認(rèn)使用上次試驗(yàn)配置的情況。

圖5 載荷步驟設(shè)置

試驗(yàn)參數(shù)配置完成后，點(diǎn)擊軟件主界面上的“開始”按鈕，此時(shí)彈出窗口，要求操作人員輸入存盤路徑和文件名，保存數(shù)據(jù)文件和配置文件，便于數(shù)據(jù)回放和下次調(diào)用。開始試驗(yàn)后，彈出液壓系統(tǒng)、高壓水加壓系統(tǒng)、高壓氣加壓系統(tǒng)監(jiān)控界面，如圖6至圖8所示。界面上包含所有執(zhí)行元件的啟停開關(guān)與工作狀態(tài)，以及監(jiān)控傳感器的反饋值，替代了硬件指示燈、按鈕以及傳統(tǒng)的二次儀表。

圖6 液壓系統(tǒng)監(jiān)控界面

圖7 高壓水加壓系統(tǒng)監(jiān)控界面

圖8 高壓氣加壓系統(tǒng)監(jiān)控界面

試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)入數(shù)據(jù)回放界面(圖9)，能夠查看試驗(yàn)數(shù)據(jù)并完成簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析和導(dǎo)出。

圖9 數(shù)據(jù)回放界面

PXIe-1082 8槽3U機(jī)箱在現(xiàn)場(chǎng)主控制柜內(nèi)的安裝如圖10和圖11所示。考慮到機(jī)箱發(fā)熱較大，將其安裝在主控制柜頂部，并且在控制柜側(cè)板安裝外掛式空調(diào)。

圖10 現(xiàn)場(chǎng)主控制柜實(shí)拍圖片

圖11 PXIe-1082機(jī)箱在主控制柜內(nèi)安裝圖

五、總結(jié)

使用NI PXI-E平臺(tái)完成了石油管復(fù)合擠毀試驗(yàn)機(jī)的控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)搭建。硬件方面充分利用NI板卡的多種功能，用盡可能少的板卡搭建集中式控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)整體穩(wěn)定性要求。軟件方面，利用LabVIEW 2011 軟件開發(fā)平臺(tái)的并行處理特長(zhǎng)，完成多物理量并行閉環(huán)控制和數(shù)據(jù)同步采集。