多功能材料实验机控制系统的研究

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1、多功能材料实验机控制系统的研究苏海龙，骆宗安，张殿华,魏瑾（东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004）摘要:本文介绍了多功能材料实验机对控制系统的要求和特点，说明了利用虚拟仪器和西门子PLC等构建控制系统的方法，详细叙述了该控制系统的结构特点和工作原理，并依据工艺原理重点介绍了在实现多个高速闭环控制的同时完成高速数据采集的方法。关键词:材料实验机；RT实时控制器；以太网通讯中图分类号：StudyonMulti-functionMaterialTesterControlSyste

2、mSUHai-long,WEIJin,LUOZong-an,ZHANGDian-hua（NortheasternUniversity,Shenyang110004,China）Abstract：Therequirementsandcharacteristicsofcontrolsystemformultifunctiontesterareintroducedinthispaper.TheconstructionmethodofcontrolsystemwithvirtualapparatusandSe

3、imensPLCaredescribed,andconstructionfeaturesandoperatingprincipleofthissystemaredescribedindetail.Themethodsofhighspeeddataaccumulationsimultaneouslywithmultihighspeedcloseloopcontrolaremainlyintroducedaccordingtotechnicaltheory.KeyWords:Materialtester,

4、RTrealtimecontroller,Ethernetcommunication1.引言在冶金行业中，金属材料在轧制、锻造、焊接、铸造等热加工过程中，会产生多种物理和力学行为，为了改善热加工的工艺方法，提高产品质量和微观组织性能，保证使用的安全性，需要利用各种模拟手段进行模拟研究，提前预报。在这种情况下产生了热力模拟实验机，它可以很好地模拟金属材料在热加工过程中的各种物理和力学方面的变化过程，通过试验对钢材的微观组织性能进行研究，以便开发出超级钢、军用钢等特殊的钢材。目前在国际市场上这种实验机几乎

5、都是欧美国家生产的，我国的钢铁研究部门从20世纪80年代就全部从国外进口，价格昂贵。因此我们经过几年的研究，研制出了MMS-100材料实验机，在此基础上又研制了MMS-200多功能材料实验机。该实验机的控制系统在完成多个高速PID闭环控制的同时高速采集、存储实验过程数据，然后进行分析处理。为了高效地完成控制任务，我们将模拟量和数字逻辑分开控制，即选用了NI公司的软件和硬件作为模拟量控制，利用西门子公司的S7-300作为逻辑控制，使控制任务在精度和速度上完全能达到上述要求。2．实验机的功能及原理多功能材

6、料实验机的功能是将试样加热到工艺要求的温度后，对试样进行压缩、拉伸、扭转、压缩同时扭转等，使试样发生形变，记录下整个实验过程的数据，进而对实验数据进行处理分析等。该实验将机械直线运动功能和旋转运动功能整合为一体，操作者可以方便地选择不同种类的实验。实验机加热系统的工作原理是利用变压器原侧调节可控硅触发角，来控制变压器副侧的电压，使变压器副侧的电压工作在10V以下，但电流可达到10000A以上。加热方式采用基金项目：国家自然科学基金资助项目(50227401)。作者简介：苏海龙（1964－），男，黑龙江

7、齐齐哈尔人，高级工程师。327直接电阻加热，即把试样作为电路的一部分。直接电阻加热的优点是温度测量准确、快速、热梯度小，缺点是电磁干扰大。试样被内部通水夹头固定后，在变压器副侧构成闭合回路，大电流通过试样时，试样的温度迅速升高，当试样的温度由于电流增大而升的作用高于通过夹头中的冷却水带走热量而使试样温度下降的作用时，试样的温度就升高，当二者的作用相等时，试样的温度保持不变，反之试样的温度就会下将。当试样被加热到实验要求的温度时，控制锤头移动，迅速打击或拉伸、扭转试样，使其发生变形，记录下实验过程的所有

8、数据，即温度、压力、位移、应变等，以便对这些数据进一步处理。3．模拟机的控制系统3．1控制系统的构成及任务控制系统由六个部分组成，即人机界面计算机、实时控制器、实时监视计算机、高速数据采集机箱及数采卡、PLC部分。人机界面计算机的任务是试验数据录入、数据采集、数据处理及分析、控制过程的状态反馈；实时控制器的功能是完成多个实时闭环控制任务，即位置闭环控制、力闭环控制、扭矩闭环控制和温度闭环控制，并实时与监视计算机通讯，显示控制系统的性能参数。数据采集部分由