mts材料试验系统的升级改造

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1、MTS材料试验系统的升级改造中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司郭志敏北京拓新诚信科技有限公司谭卫东摘要：我院八十年代初引进了美国MTS公司6MN、1MN、100KN三台不同规格疲劳试验机。因频频出现故障，对其进行了升级改造成全数字控制。目前三台MTS系统810.600吨、810.100吨、880.10吨的控制系统已由北京拓新诚信科技有限公司开发出的软件（TSETAIDE）使用。现介绍给大家，已飨同行。关键词：试验机改造全数字控制系统硬件软件1.前言MTS材料试验系统，原采用模拟控制技术，对其控制系统进行升级改造成全数字控制。经调研论证，议定《MTS材料试

2、验系统的升级改造》项目如下：1.1改造前MTS材料试验系统的技术性能指标为：控制精度0.5级，载荷量程改造后应保证或优于（如控制精度）以上技术性能指标。1.2全数字控制器稳定可靠，保证试验系统长时间连续可靠工作（疲劳试验40天以上）。1.3软件采用Windows及WindowsXP工作平台和中文界面。1.前言1.4控制方式：位移控制、载荷控制、应变控制以及以上方式之间的平稳圆滑切换。1.5控制通道：双通道（轴向）。1.6采集通道：六通道（两个位移传感器、两个载荷传感器和两个应变引伸计）。1.7试验软件：常规力学性能试验软件（包括拉伸、压缩、弯曲等）。动态力学性

3、能试验软件（包括低周疲劳、随机疲劳）。断裂力学性能试验软件（包括KIc、da/dN、JIc）。2.全数字控制系统TestAide的组成和功能全数字控制系统TestAide由硬件和软件两大部分组成。其全数字控制器精度为16位，最多可以同时控制4个通道，连接16个传感器，体积仅与微机机箱大小相同，重量也很轻。该系统适用于不同类型的试验机和试验方法，例如使用该系统可以对单轴、双轴、三轴和拉扭试验系统进行实时控制，每个通道的各种控制模式之间可以平稳地动态切换。2.1全数字控制系统TestAide硬件的组成与功能全数字控制系统TestAide硬件由四部分组成：微机、全数

4、字控制器、手动控制面板（包括紧急停机按钮）和通讯电缆（包括专用接口）。图1是全数字控制系统TestAide组成示意图。图1试验助手全数字控制系统组成示意图2.1.1微机主要提供全数字控制系统控制软件的工作环境。为保证控制软件对试验机控制的实时性，要求微机有较高的运行速度。2.1.2全数字控制器是控制系统的核心硬件部分，也是控制软件与试验机之间联系的桥梁。其最多可以同时控制4个通道，以适用于不同类型的试验机，其主要由以下单元构成：CPU单元、智能段函数发生器单元、传感器调节器单元、伺服阀控制单元、液压源控制单元、模拟信号输入/输出单元、数字信号输入/输出单元、数

5、字通讯单元和电源。以上列出的控制器单元有的为必选件，有的为可选件。这些控制单元全在试验软件的控制下互相协调工作，以达到对试验机的实时控制与显示。2.1全数字控制系统TestAide硬件的组成与功能2.1全数字控制系统TestAide硬件的组成与功能CPU单元主要负责与微机通讯、协调控制器各部分工作和数字PID运算。智能段函数发生器单元主要用于产生试验机所需的控制波形(指令信号)。它可以输出直流电压、单段正弦波、单段三角波、正弦波、三角波和方波，以及以上波形任意组合而成的波形(随机波)，波形输出频率范围1×10-5～40Hz。智能段函数发生器输出信号的波形和幅值

6、可以根据试验需要由软件控制自由改变，而且信号的电压和频率的精度和稳定度都很高。2.1全数字控制系统TestAide硬件的组成与功能传感器调节器单元可分为直流调节器和交流调节器。直流调节器主要用于载荷传感器、引伸计和油压传感器等，交流调节器主要用于测量位移的LVDT。调节器是软件可编程的，每个调节器都分为4档，每档之间的切换全部由软件控制完成。模拟信号输入/输出单元主要提供软件可编程的模拟信号输入/输出，模拟信号输入/输出范围为-10V～+10V，各包含4个通道，主要用于外部数据采集和控制，其为可选件。数字信号输入/输出单元主要提供软件可编程的TTL数字信号输入

7、/输出，各包含16个通道，主要用于外部控制，其为可选件。2.1全数字控制系统TestAide硬件的组成与功能2.1.3手动控制面板主要用于手动控制液压源和作动器，方便开关油泵和装/卸试样。2.1.4通讯电缆用于全数字控制系统各部分间的信号连接。2.2全数字控制系统TestAide软件的组成及功能试验助手软件在Windows本环境中均可运行，中文界面。其主要功能是提供友好的人机对话界面、控制试验过程、自动记录/分析数据、打印试验结果、标定传感器和为试验人员提供扩展编程接口等功能。试验机的工作能力和自动化程度主要由试验软件来体现。试验助手软件分为系统管理软件、试验

8、软件、接口软件和传感器标定软件四部分。