岛津万能材料试验机的技术改造

20世纪80年代中,我院实验室引进了日本岛津公司的DCS-500型等万能材料试验机。目前仪器的计算机控制部分已损坏,若由岛津公司来修,不仅费用昂贵,而且仪器使用的计算机芯片为Intel 8080,外围硬件多,维修复杂,同时仪器所用的热敏打印纸规格特殊,不易买到,热敏打印头亦已严重磨损。在计算机技术发展至当今水平的情况下,决定不再作原样修复,而采用技术改造的方案。

1　仪器简介

DCS-500型万能材料试验机可进行材料的单次拉伸试验、定伸长或定负荷循环试验、松弛和蠕变试验;结合相应的附件,还可进行顶破、撕裂、剥离、压缩、弯曲、摩擦等多种其它试验;通过更换不同规格的传感器,负荷的测量范围可从2kN至500kN,并能在特殊的温湿度条件下进行试验(温度:5～60°C ,相对湿度:40～95 %)。

仪器可将测试结果以被测材料的负荷-位移曲线形式输出,并能给出最大负荷、最大伸长、初始模量、屈服点等测试数据。

DCS-500型万能材料试验机的基本结构如图1所示。其中,负荷传感器检测到的负荷信号经放大器放大,再经8位A/D转换电路使之成为数字信号后送入计算机;位移传感器(光码盘)检测到的伸长信号经位移控制系统分频、计数后也送入计算机;计算机对采集到的负荷-位移信号进行计算并控制打印,位移控制系统同时还对来自光码盘的信号与设定值进行比较后输出相应的数字信号,经过D/A转换电路由调速驱动系统控制电动机的转动。

2　硬件改造

根据仪器现状,改造方案决定保留仪器原有的传感器、放大器、光码盘、传动系统、电动机和整个机架,另用PC机与PLC组成的“监督控制系统”取代原来的“直接数字控制系统”,如此不仅可以保证仪器的原有性能,其功能还能有所增强,而所需费用却并不多。改造后的仪器结构如图2所示(虚线框内为监督控制系统,框外为原仪器的保留部分)。

图2的控制系统以PC机作为上位机,用以构成人机接口(仪器操作台),执行指令发送、数据处理以及打印输出等功能,对其配置要求不高,Intel 486 /16MB RAM的机型便能正常工作。

　　监督控制系统的前端机采用可编程序控制器,由其完成数据的采集转换与马达的调速控制,具有结构紧凑、性能可靠、价格合宜的优点。整个前端机包括松下电工FP0系列可编程序控制器的FP0 C14RS基本单元和FP0 A21模拟通道扩展单元;前者计有8点输入和6点输出(若有必要可加以扩展,总数最多可达110点),最高通信速率19　200b/s,高速计数器的最高计数速度为10kHz,最小输入脉冲宽度为50μs;后者具有两路模拟输入通道和一路模拟输出通道,可以单极性(输入电压范围为0～5 V)或双极性(输入电压范围为-10～+10 V)方式完成A/D转换,转换结果的数值范围分别为0～4　000和-2　000～+2　000。