摘 要：介紹了應(yīng)用智能閥門控制器改造壓力機實現(xiàn)全自動控制的系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理、應(yīng)用、主要特點和技術(shù)指標(biāo)。 關(guān)鍵詞：智能閥門控制器 壓力機 全自動控制 應(yīng)用 　　智能閥門控制器是一種應(yīng)用微計算機編程原理技術(shù)控制的，進行改造傳統(tǒng)設(shè)備的機電一體化產(chǎn)品，它可以非常方便地將雙閥或單閥操作的水泥、砼抗壓強度液壓壓力機由手動控制改造成高性能的全自動控制壓力機，從而實現(xiàn)壓力機的全自動控制。 1 智能閥門控制器系統(tǒng) 　　1.1系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理 　　智能閥門控制器為控制系統(tǒng)的核心，是將送油調(diào)節(jié)閥、溢流閥、電磁回油閥等融為一體的，具有高精度調(diào)節(jié)、壓力上限保護、加荷卸荷換向、快速送回油等多種控制功能的機電一體化組合體。智能閥門控制器接收傳感器和定位探頭等的信號后，通過閥門控制電機組件對閥門進行控制調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對整個抗壓試驗過程的智能化自動控制。同時進行力值采集和強度的計算、顯示和數(shù)據(jù)的打印、保存，可以查詢所保存的歷史數(shù)據(jù)。智能閥門控制器系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理框圖如圖1所示。 　　雙閥液壓試驗機按“運行”和“確認(rèn)”鍵后，進入加壓控制程序：回油控制電機迅速關(guān)閉回油閥;同時送油控制電機迅速打開送油閥，使送油閥轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)的快速上升送油位置，此時壓臺迅速上升，抗壓夾具的上壓板迅速靠近試塊上表面。當(dāng)夾具壓板與試塊上表面接近到設(shè)定距離（2—3mm）時，壓臺定位探頭上的黃色指示燈滅（蜂鳴器發(fā)出“嘟”的聲響）;控制器接受到此信號后，立即驅(qū)動送油閥控制電機，迅速調(diào)整送油閥，使送油閥開度減少到預(yù)設(shè)的慢速送油位置，壓臺即由快速上升轉(zhuǎn)入低速上升，抗壓夾具上壓板平緩地靠近試塊上表面，直到與試塊上表面接觸，開始對試塊加壓;表盤指示值開始上升，控制器通過傳感器檢測到的壓力信號也隨表盤指針同步上升，控制器隨即進入加荷速度自動控制狀態(tài)?？刂破麟S時檢測傳感器輸出的壓力信號值并計算加荷速度，與加荷速度設(shè)定值進行比較后調(diào)整送油閥開度，使加荷速度在允許的范圍內(nèi)波動。隨壓力的遞增，控制器逐次刷新壓力值直到試塊破形。 　　試塊一旦破形，控制器立即顯示破形前的最大力值，并存入存儲器，同時立即驅(qū)動回油控制電機打開回油閥、驅(qū)動送油控制電機關(guān)閉送油閥，迅速回油直到表盤指針回到零位，等待下一塊試塊的加壓啟動。在下一塊開始時，控制器顯示本組試塊的序號和數(shù)據(jù)處理后的強度值（MPa）。 　　重復(fù)以上過程，直到控制器確認(rèn)本組最后一塊試塊測試完畢，即驅(qū)動微打印機打印本組試塊測試結(jié)果，同時將此結(jié)果與試塊編號、試驗日期一起存入數(shù)據(jù)庫，以備日后查詢。 　　單閥液壓試驗機控制原理與雙閥的基本相同，工作流程也大致相仿，不同點在于： 　　⑴加壓時，智能控制器驅(qū)動控制電機將閥門調(diào)節(jié)到快速送油位置，使壓臺快速上升，壓臺定位探頭上的黃燈熄滅，控制器迅速調(diào)整閥位，使送油量減少，壓臺由高速上升轉(zhuǎn)入低速上升。 　?、破菩魏螅刂破鞔蜷_回油電磁閥，迅速回油，回油時間可通過回油時間參數(shù)設(shè)定。 [align=center] 圖1智能閥門控制器系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理框圖[/align] 　　1.2前面板和鍵盤 　　控制器前面板上有數(shù)碼顯示器、指示燈和鍵盤。8位數(shù)碼顯示中，前4位顯示壓力值XXX.X（kN）,后3位顯示加荷速度X.XX（kN/s）。雙閥試驗機有三個指示燈分別為“回油閥開”，“回油閥關(guān)”和“送油閥關(guān)”?；赜烷y打開到設(shè)定位置時，“回油閥開”指示燈點亮;回油閥關(guān)閉時，“回油閥關(guān)”指示燈亮;當(dāng)送油閥關(guān)閉時，“送油閥關(guān)”指示燈亮。而單閥的只有兩個指示燈“回油”和“油閥關(guān)”。當(dāng)回油電磁閥打開（即回油）時，“回油”指示燈亮，關(guān)閉時，“回油”指示燈熄滅;送油閥處于零點位置時，“油閥關(guān)”指示燈點亮。按下“復(fù)位”鍵時，送油閥和回油閥將自動關(guān)到關(guān)位。鍵盤上共有22個輕觸鍵，分別是數(shù)字鍵（包括0～9及小數(shù)點、A～Z26個英文字母）和功能鍵（包括復(fù)位、急停、參數(shù)、數(shù)據(jù)、查詢、選項、確認(rèn)、調(diào)試、標(biāo)定、運行和返回等11個鍵），完成各自相應(yīng)的功能。 　　1.3后面板及配線 　　控制器機外接線均由與后面板各插座相配的插頭通過電纜線連接，非常方便。電氣系統(tǒng)配線為：220V/AC電源線一根。帶三腳插頭的3芯屏蔽線1根，用于連接后面板的傳感器插座與傳感器。25芯打印機插頭線一根，聯(lián)接微型打印機。20芯矩形插頭引出電控電纜，雙閥共有5根，單閥只有3根（其中4芯控制機驅(qū)動電纜，雙閥2根，單閥1根。6芯壓臺定位控制組件電纜各1根，雙閥有1根6芯屏蔽電纜，用于連接回油控制電機組件內(nèi)的閥門定位光電開關(guān)，另有1根3芯屏蔽電纜用于連接送油電機控制組件的閥門定位光電開關(guān)。單閥只有1根6芯屏蔽電纜用于連接控制電機組件內(nèi)的閥門定位光電開關(guān)和電磁閥驅(qū)動繼電器）。 　　1.4參數(shù)的設(shè)置 　　打開控制器后面板上的電源開關(guān)，顯示器立即顯示Good.nnn（n代表數(shù)字），亦即監(jiān)控狀態(tài)，此時即可檢查或設(shè)置參數(shù)。每一個參數(shù)前二位數(shù)字代表該參數(shù)的編號，C表示參數(shù)，后面五位是參數(shù)取值，如：02CXXXXX等。30個參數(shù)可分為兩類：一類是管理參數(shù)，包括樣品編號、齡期、品種、年、月日共五個用于數(shù)據(jù)管理，外加一個控制參數(shù)管理鑰匙碼。另一類是工作參數(shù)，包括加荷速度、5個標(biāo)定系數(shù)、2.4kN/s和5kN/s速度加荷的可調(diào)工作參數(shù)各7個、打印開關(guān)、密碼、控制特性選擇開關(guān)及回油時間共24個參數(shù)。儀器出廠時未置數(shù)，為隨機數(shù)。如果未在規(guī)定的期限內(nèi)置入規(guī)定的密碼，儀器將自動停機。當(dāng)顯示Good.000時，必須置入規(guī)定的密碼才能正常的工作。5個標(biāo)定系數(shù)在標(biāo)定時自動取值，不可調(diào)整。14個可調(diào)工作參數(shù)與送油閥性能及油的粘度有關(guān)，必須經(jīng)調(diào)試確定。 　　由于壓力機工況不同，環(huán)境溫度不同，為使壓力機能更好地應(yīng)對各種情況，這些參數(shù)必須設(shè)定好。具體設(shè)置方法如下：按“參數(shù)”鍵后用數(shù)字鍵置入所需參數(shù)或修改的參數(shù)標(biāo)號，即顯示該參數(shù)原先保存的取值。然后根據(jù)所需置入的參數(shù)值，按相應(yīng)數(shù)字/字母鍵（字母要用“確認(rèn)”鍵確認(rèn)），逐位輸入?yún)?shù)值。該參數(shù)的各位數(shù)字或字母輸入完后，按“數(shù)據(jù)”鍵，即把該參數(shù)值存入內(nèi)存，并轉(zhuǎn)入下一個參數(shù)的設(shè)置操作。全部參數(shù)置入完后，按“返回”鍵，即返回到監(jiān)控狀態(tài)。 　　1.5傳感器的調(diào)零與標(biāo)定 　　傳感器的零點調(diào)整和標(biāo)定前應(yīng)先檢查傳感器的連接軸套上的頂絲，必須擰緊，傳感器轉(zhuǎn)動靈活，可以停在任意位置。在控制器預(yù)熱15分鐘后即可進行調(diào)整。首先使表盤指針準(zhǔn)確穩(wěn)定地處于零點位置，然后按“調(diào)試”鍵，再按相應(yīng)數(shù)字鍵，此時顯示器顯示的數(shù)值為此時傳感器輸出信號的采樣數(shù)碼值。用螺絲刀調(diào)傳感器上的調(diào)節(jié)軸，將上述數(shù)碼值調(diào)到零點的采樣碼值。再用推桿或被動針移動表盤指針，使指針指示值上升（向順時針方向轉(zhuǎn)動），采樣碼值即隨著上升，回移推桿使指針逆向轉(zhuǎn)動，采樣碼值隨即減少，當(dāng)指針回到零位時，碼值應(yīng)能回到記錄的零點碼值（誤差≤±20碼）。即完成了零點調(diào)整。按相應(yīng)數(shù)字鍵，控制器回到監(jiān)控狀態(tài)。 　　零點調(diào)整完后即可進行儀器標(biāo)定。使表盤處于零點位置，按“標(biāo)定”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，等表盤顯示后，手動移動表盤指針，使指針準(zhǔn)確穩(wěn)定地指到50kN處，按“確認(rèn)”鍵，待顯示后可進行下一步操作。將表盤指針準(zhǔn)確穩(wěn)定地移到100kN、150kN、200kN、250kN等處，按最后一次“確認(rèn)”鍵后儀器即已標(biāo)定完畢。再按“返回”鍵，回到監(jiān)控狀態(tài)。標(biāo)定結(jié)果需按“調(diào)試”鍵，再按相應(yīng)數(shù)字鍵，進行檢驗，觀察顯示的kN值是否與用手動方法移動的表盤指針?biāo)傅膋N值基本一致（誤差≤±1%），合格后再使用。 2 系統(tǒng)的應(yīng)用 　　2.1抗壓強度的測定 　　水泥試塊抗壓強度的測定，以連續(xù)測試每組6塊試塊為例，具體步驟如下： 　　開動油泵，預(yù)熱15分鐘。在壓臺上放好抗壓夾具，在夾具內(nèi)放入第1塊試塊。開控制器電源開關(guān)，按“參數(shù)”鍵和“數(shù)據(jù)”鍵，顯示樣品編號，按所測試塊的編號依次用數(shù)字鍵和“確認(rèn)”鍵，將編號逐字置入，最后一組數(shù)字置入后按“數(shù)據(jù)”鍵存入。以同樣的方法置入試塊齡期、水泥品種（標(biāo)號）、加荷速度、年、月、日。然后輸入控制參數(shù)管理鑰匙碼（此時允許修改所有參數(shù)），檢查核對參數(shù)確認(rèn)無誤后方可進行測試。按“返回”鍵返回監(jiān)控狀態(tài)。 　　按“運行”鍵，顯示“Run……”。按“確認(rèn)”鍵，顯示“XXX.X—X.XX”，加壓試驗程序啟動。“回油閥關(guān)”指示燈亮，同時送油閥迅速打開，“送油閥關(guān)”指示燈由點亮變?yōu)橄?。單閥試驗機閥門向加油方向運動，“油閥關(guān)”指示燈由點亮變?yōu)橄纭．?dāng)夾具壓板接近試塊上表面時，壓臺定位探頭上的黃燈熄滅，蜂鳴器發(fā)出聲響，壓臺上升速度減慢，抗壓夾具緩慢而平穩(wěn)地與試塊表面接觸。夾具壓板一旦與試塊接觸，表盤指針開始轉(zhuǎn)動，同時數(shù)碼顯示即開始顯示數(shù)字。智能控制器即開始對加壓過程進行智能式控制。當(dāng)力值增加到10kN附近時，加荷速度即控制在2.4或5kN/s，直到試塊破形。 　　試塊破形后，指針停止轉(zhuǎn)動，數(shù)碼顯示的前4位顯示出破形前達(dá)到的最大力值，后3位速度顯示值變?yōu)?.00（kN/s），此時雙閥試驗機回油閥迅速打開，“回油閥開”指示燈點亮，同時送油閥迅速關(guān)閉，“送油閥關(guān)”指示燈也點亮，壓臺迅速下降，表盤指針回零。單閥試驗機在破形后，閥門關(guān)向油閥零點，同時啟動回油電磁閥，“回油”指示燈點亮，閥門自動回調(diào)到送油起始點，“油閥關(guān)”指示燈點亮，待回油時間到，回油電磁閥關(guān)閉，“回油”指示燈熄滅。 　　取下破形的第1塊試塊，放入第2塊試塊，按“確認(rèn)”鍵。此時，數(shù)碼顯示由顯示力值變?yōu)轱@示第1塊試塊的序號和強度值，過十幾秒鐘后，序號和強度值自動消失，顯示全部為“0”，即開始進行第2塊試塊的加壓過程。重復(fù)以上操作，直到第6塊試塊破形后，將顯示第6塊試塊的強度值。十幾秒鐘后自動顯示出6塊試塊經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的強度值。同時打印出測定結(jié)果。 　　此后如果進行下一組試塊的試驗時，還應(yīng)先輸入樣品編號，齡期和品種，裝上下一組的第1塊試塊后，按“運行”鍵、“確認(rèn)”鍵，即開始該組試塊的測定。如當(dāng)天的全部試塊測定完畢，應(yīng)在“回油閥關(guān)”、“送油閥關(guān)”的情況下按“返回”鍵返回監(jiān)控狀態(tài)，然后可以關(guān)機。 　　2.2數(shù)據(jù)的查詢 　　本控制器可保存12288組試塊的試驗數(shù)據(jù)，并可按試驗日期和試塊編號兩種方式查詢。 　?、虐茨?、月、日查詢 　　按“參數(shù)”鍵，選擇年份、月日參數(shù)，置入所查數(shù)據(jù)的年、月和日，按“數(shù)據(jù)”鍵存入，再按“返回”鍵返回。按“查詢”鍵，顯示日期，再按“數(shù)據(jù)”鍵，顯示所查的年、月、日。逐次按“選項”鍵，依次顯示編號、齡期和品種、該組試塊的平均強度值。由于同一天內(nèi)所測的試塊不止一組，因此繼續(xù)按“數(shù)據(jù)”鍵即可查找當(dāng)天所有各組試塊的數(shù)據(jù)，直到當(dāng)天各組數(shù)據(jù)全部查完后，顯示“end”，查詢完后按“返回”鍵返回監(jiān)控狀態(tài)。 　?、瓢淳幪柗绞讲樵? 　　按“參數(shù)”鍵，用數(shù)據(jù)鍵置入樣品編號參數(shù)，用數(shù)字/字母鍵配合選項逐個置入所需查找的試塊編號，然后按“數(shù)據(jù)”鍵存入，再按“返回”鍵返回。按“查詢”鍵，顯示日期。再按一次“查詢”鍵，顯示編號。按“數(shù)據(jù)”鍵，顯示所查試塊的年、月、日。逐次按“選項”鍵，即順次顯示所查試塊的編號、齡期、品種和強度。再按“數(shù)據(jù)”鍵時，顯示“end”，表示該組試塊查詢完畢。查詢結(jié)束后按“返回”鍵返回監(jiān)控狀態(tài)。 3 主要特點和主要技術(shù)指標(biāo) 　　3.1主要特點 　　⑴適應(yīng)性強，可用于任何型號的水泥抗壓強度試驗機的改造（如無錫、濟南、長春產(chǎn)300 kN、600kN雙閥或金華產(chǎn)單閥液壓試驗機等），還可用于混凝土抗壓強度試驗機的改造。 　?、谱?0kN開始，實現(xiàn)2.4kN±0.2kN/s加荷速度控制。對于1天齡期等低強度試塊，還可以自5kN開始實現(xiàn)1±0.1kN/s加荷速度自動控制，并設(shè)有2.4kN/s和5kN/s加荷速度切換，以及適應(yīng)新老標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析處理方法，便于企業(yè)向新標(biāo)準(zhǔn)過渡。 　?、遣捎谜`差為0.1%的精密角度傳感器和零點自動跟蹤技術(shù)，保證測量的準(zhǔn)確性和長期穩(wěn)定性，而且在被改造試驗機檢定合格證有效期限內(nèi)，改造后無須重新檢定。 　　⑷保留表盤顯示，采用4位數(shù)碼管和表盤同步顯示，顯示直觀、正確，便于有關(guān)部門例行常規(guī)檢定;自動按新老標(biāo)準(zhǔn)進行抗壓強度的數(shù)據(jù)處理，并由微打印機打印測定結(jié)果;同時可長期保存試驗數(shù)據(jù)，便于查詢;還可通過RS485接口與管理微機聯(lián)機。 　?、蔁o須改動油路，現(xiàn)場改造工作簡便快捷，一臺液壓試驗機的改造時間不超過8小時，不會影響水泥日常檢驗工作，而且隨時可換上手柄，改由手動操作。 　?、矢脑熨M用低，僅為新購一臺性能相當(dāng)?shù)娜詣訅毫υ囼灆C的30%左右，性能價格比高。 　?、嗽O(shè)有快慢升降速度自動控制功能，即可減少強度試驗時間，又可避免對試塊的沖擊載荷。 　?、淘O(shè)有壓力機抗壓夾具自動保護功能，使用安全可靠。 　?、驮O(shè)有工作介質(zhì)油自動溫度控制措施，降低油粘度對控制精度的影響。 　　3.2主要技術(shù)指標(biāo) 　　⑴壓力測量：測量準(zhǔn)確度：﹤1.0%（示值相對誤差及重復(fù)性相對誤差）;顯示精度：0.1 kN，4位數(shù)碼和表盤同步顯示。測量范圍：300、200、150可選。 　　⑵加荷速度自動控制：2.4±0.2kN/s或5±0.5kN/s可選，10kN開始達(dá)到設(shè)定加荷速度;檢定或測定低強度試塊時最低還可選用0.5kN/s;加荷速度顯示精度0.01kN/s（3位數(shù)碼顯示）。 　?、橇泓c相對誤差：﹤0.1%。 　?、葦?shù)據(jù)保存及查詢：12288組（如每天33組試塊，可保存一年的全部數(shù)據(jù)）。查詢方式：可按日期或編號查詢。 　?、赏ㄓ嵔涌冢篟S485/RS232（選項）。 　　⑹供電：220VAC±10%，50Hz±2%,≤150W;壓力機設(shè)備接地電阻≤4Ω。 　?、藨?yīng)用環(huán)境：溫度10℃～30℃;無強電場、磁場干擾。 4 結(jié)束語 　　通過智能閥門控制器改造壓力機實現(xiàn)全自動控制，經(jīng)用戶實際應(yīng)用表明，使用效果良好，本系統(tǒng)完全達(dá)到全自動控制功能要求，具有操作簡單、儀器調(diào)試檢驗極為方便，實現(xiàn)了壓力機的全自動控制，從而節(jié)省了抗壓強度的檢驗時間，提高了工作效率。 參考文獻： 　　1 黃一夫.微型計算機控制技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，1988 　　2 王家楨.傳感器與變送器.北京：清華大學(xué)出版社，1996 　　3 劉寶庭.步進電機及驅(qū)動控制系統(tǒng).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997 　　4 吳興惠,王彩君.傳感器與信號處理.北京：電子工業(yè)出版社，1998 　　5 譚建成.電機控制專用集成電路.北京：機械工業(yè)出版社，1999