基于LabVIEW的機(jī)床溫度和壓力信號的實(shí)時在線監(jiān)測

蘇東楠

摘 要：磨粒流精密拋光機(jī)床加工時加工區(qū)域的溫度和壓力會發(fā)生變化，影響機(jī)床加工工件的精度。為了實(shí)時監(jiān)測機(jī)床的溫度和壓力，設(shè)計基于LabVIEW機(jī)床溫度和壓力的信號實(shí)時在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文涵蓋了該系統(tǒng)硬件平臺的搭建和軟件程序的編寫，并設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，使得用戶可以方便、實(shí)時、在線地查看到機(jī)床工作區(qū)的溫度、壓力信號。

關(guān)鍵詞：LabVIEW 機(jī)床信號監(jiān)測 醫(yī)力信號

中圖分類號：TG50 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0002-03

磨粒流拋光機(jī)床加工時磨料介質(zhì)在壓力作用下對工件進(jìn)行加工，減小工件表面粗糙度和波紋度，最終達(dá)到精密加工所要求的表面光潔度。磨削加工時，磨削區(qū)的溫度會升高，磨料的粘度會下降，影響工件的加工精度[1]。為提高加工精度，需要實(shí)時監(jiān)測加工過程中溫度的變化，由于溫度和壓力都會對磨料的粘度有影響，所以對溫度和壓力信號進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測。

1 溫度和壓力信號監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計

溫度和壓力信號采集系統(tǒng)采用傳感器對料缸內(nèi)的溫度和壓力進(jìn)行實(shí)時測量，利用信號調(diào)理模塊對傳感器的信號進(jìn)行調(diào)理，數(shù)據(jù)采集卡采集調(diào)理后的信號并傳送到工控機(jī)中[2-3]。其采集系統(tǒng)的流程：傳感器→信號調(diào)理模塊→數(shù)據(jù)采集卡→工控機(jī)。

1.1 溫度、壓力傳感器

由于磨粒流機(jī)床的磨削區(qū)溫度是未知的，選擇可測溫度范圍較大的溫度傳感器，所以溫度傳感器選用的是HYDAC公司的ETS300系列的溫度傳感器，該溫度傳感器的可測溫度的范圍為-25℃～100℃，其模擬量輸出是4～20mA，壓力傳感器正常的工作范圍為-25℃～85℃（可以耐高溫），壓力的測量的范圍為0～25MPa，溫度和壓力傳感器的實(shí)物圖如圖1和圖2所示。

1.2 數(shù)據(jù)采集卡

為了高精度、高速度、高穩(wěn)定性地采集傳感器信號，選擇ADLINK公司的DAQ2501數(shù)據(jù)采集卡，DAQ2501是基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，它由采集板卡和信號輸入輸出接線端子板2部分組成，信號輸入輸出接線端口板的作用是向采集板卡輸入信號和從采集卡向外輸出信號，這里只是把信號調(diào)理模塊輸出的電壓信號輸入到采集卡中，數(shù)據(jù)采集卡的實(shí)物圖如圖3所示。

在工業(yè)系統(tǒng)中，工控機(jī)和普通的計算機(jī)不同，工業(yè)計算機(jī)有更多的PCI卡槽，方便與外圍設(shè)備相連，其防震和耐高溫的性能更好，它的運(yùn)行系統(tǒng)和運(yùn)算能力高于普通的計算機(jī)，故選用凌華的工控機(jī)。

2 溫度和壓力信號檢測的軟件設(shè)計

2.1 基于Labview數(shù)據(jù)采集的接線

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件平臺搭建完成后，溫度和壓力信號的監(jiān)測是基于LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)的，眾所周知虛擬儀器的核心是軟件，所以LabVIEW的軟件編制是監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分[4]。

數(shù)據(jù)采集首先是傳感器把溫度和壓力物理量信號轉(zhuǎn)變成為電量信號，信號調(diào)理模塊把電量信號轉(zhuǎn)變、調(diào)理、放大，數(shù)據(jù)采集卡采集信號并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出計算機(jī)可識別的數(shù)字信號，傳送到計算機(jī)中。

溫度傳感器輸出很小的電流信號，經(jīng)過隔離式DC輸入輸出信號調(diào)理模塊（ADAM3014）進(jìn)行信號調(diào)理，由于ADAM3014很寬的輸入輸出范圍，需要向下滑動移除DIN導(dǎo)軌支架，配置輸入輸出范圍的轉(zhuǎn)換位置，使其能夠接收溫度傳感器輸出的電流信號，并輸出能夠被采集卡采集的模擬信號。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采用的是DAQ2501，模擬量輸入通道有8個，其中輸入信號的正極與AI-0相連，負(fù)極與AGND相連，以此類推可以連接8個模擬量輸入，本系統(tǒng)是溫度和壓力兩路信號，所以AI-0接信號調(diào)理模塊（ADAM3014）正極，AGND接信號調(diào)理模塊（ADAM3014）負(fù)極，AI-1和壓力傳感器的正極相連，AGND和壓力傳感器的負(fù)極相連。

2.2 基于Labview數(shù)據(jù)采集的軟件實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用DAQ-2501數(shù)據(jù)采集程序首先需要創(chuàng)建物理信道，該物理信道主要是通過DAQMASTER來實(shí)現(xiàn)。DAQMASTER是一個智能設(shè)備管理器，可以訪問凌華數(shù)據(jù)采集、測試和測量產(chǎn)品，DAQMASTER可以配置和管理數(shù)據(jù)采集硬件和軟件集成接口，動態(tài)檢測并查看設(shè)備和儀器相連情況。執(zhí)行系統(tǒng)診斷和執(zhí)行基本的功能測試。

機(jī)床加工工作區(qū)內(nèi)的溫度、壓力信號實(shí)時采集的部分程序如圖4所示，溫度、壓力信號檢測的人機(jī)交互界面如圖5所示，用戶可以方便、實(shí)時、在線地查看到機(jī)床工作區(qū)的溫度、壓力信號。

3 結(jié)語

LabVIEW作為一種圖形化編程軟件，具有編程簡單、庫函數(shù)豐富、調(diào)試方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。基于LabVIEW機(jī)床溫度和壓力的信號實(shí)時在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，使用戶可以方便、實(shí)時、在線地查看到機(jī)床工作區(qū)的溫度、壓力信號。一旦機(jī)床出現(xiàn)溫度和壓力異常時，可以報警工作臺，溫度過高時，自動停車，為磨粒流加密拋光機(jī)床的智能控制的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚援強(qiáng)，李藝，ShengYong.磨粒流加工的固液兩相流模型及壓力特性模擬[J].中國機(jī)械工程，2008，19（4）：439-442.

[2] 馬生彪.磨削加工過程振動仿真與磨削溫度預(yù)測[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2011.

[3] M.RaviSankar，V.K.Jain n， J.Ramkumar. Rotational abrasive flow finishing （R-AFF） process and its effects on finished surface topography. International Journal of Machine Tools & Manufacture[J].International Journal of Machine Tools & Manufacture，2010（50）：637-650.

[4] 許京雷，計時鳴，譚大鵬.磨粒流精密加工中的測控系統(tǒng)研究[J].自動化儀表，2011，32（4）：18-21.endprint