LabVIEW RT在控制系统中的应用

　　1　实验机的物理构成

　　多任务实时控制系统应用在MMS100改进后的多功能材料实验机中。这种实验机是一种快速模拟钢厂热连轧过程的实验设备,它可以用来研究钢材等有色金属在不同的升温速率和变形量的情况下,其微观组织结构及组织性能的变化规律,广泛应用于新材料开发和研究领域。

　　1.1　实验机的工作原理

　　本实验机的工作原理是将试样安装在两个夹头之间,以上万安培的电流通过试样,使其快速加热,同时在两个夹头中通循环冷却水;当电流增大产生的热量大于水冷带走的热量时,试样的温度升高,反之试样的温度降低,当二者相等时试样的温度保持不变,从而达到控温的目的。根据不同的实验要求,当试样被加热到规定的温度时,通过控制液压缸,推动锤头高速打击(压缩实验)或拉伸(拉伸实验)或扭转(扭转实验),使试样发生形变,同时记录并存储试样在发生形变过程中的所有参数,如液压缸位移、横向位移、纵向位移、力、扭矩等,实验结束后,由hostPC以所记录的数据绘制工艺要求的曲线,如位移-力曲线,位移-应力曲线,应力-应变曲线等。有些实验在真空状态下进行,防止试样表面被氧化;根据需要还可以充保护气(惰性气体)。淬火实验在试样温度达到某一值时进行淬水、淬气、气水混合等以满足不同的工艺需要。

　　1.2　控制系统的构成

　　控制系统的硬件结构根据工艺对动态响应速度、精度等技术指标的特殊要求来确定。由于本设备包括结构复杂的机械运动系统、液压系统、真空系统、加热系统、水冷却系统、淬火系统、气动控制系统等多个单元,为了提高控制精度和速度,而将逻辑控制从PXI系统中分离出去,由PLC控制,二者以通讯方式交换信息。所有的实时控制任务、数据采集及数据存储由PXI8156B完成,hostPC机主要完成编程器、人机交互界面、数据分析及处理等功能,该控制系统结构如图1所示。

　　2　控制系统的实时任务

　　2.1　加热控制系统

　　试样采用直接电阻加热的方法加热。其特点是低电压、大电流;快速响应加热;瞬间断电采集数据;热膨胀测量与补偿:10ms控制周期。具体方法是在变压器原侧调节晶闸管的触发角,来改变变压器副侧试样两端电压,从而改变流过试样电流的大小,实现控温目的。这种加热方法可以降低试样内部的热梯度,防止集肤效应,获得更好的等温区。其缺点是热电偶直接焊在试样上,加热时试样内流过上万安培的电流,周围将产生强大的磁场,严重影响温度测量的精度,但NI公司的软件和硬件提供了触发采集的功能,可以很好地解决这个问题。方法是通过一个小的同步变压器获得变压器原侧的电压相位,根据这个电压信号的峰值计算出触发采集电压与触发角的关系,通过限制触发电压值和适当选择触发采集电压,使晶闸管触发角留出20°~30°的断电时间,实现断电采集。另外,通过一个整流桥将正弦交流电负半周也变成正半周,使每个控制周期控制两次。