基于LabVIEW的減速器遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)

黃培（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院　徐州　221116）

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基于LabVIEW的減速器遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)

黃培
（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院徐州221116）

摘要將先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)引入減速器性能測(cè)試與分析系統(tǒng)，構(gòu)建了以計(jì)算機(jī)、NI6014數(shù)據(jù)采集卡為核心的虛擬儀器硬件平臺(tái)，利用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)了具有遠(yuǎn)程測(cè)試功能的減速器性能測(cè)試分析系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)采用了嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)層次、獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)方法，對(duì)遠(yuǎn)程測(cè)試的實(shí)現(xiàn)，服務(wù)端、客戶端及發(fā)布服務(wù)端程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。系統(tǒng)利用Internet把將數(shù)據(jù)采集、處理等模塊靈活地連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸、分析處理，從而提高了工作效率和安全性。

關(guān)鍵詞減速器虛擬儀器遠(yuǎn)程測(cè)試

一、前言

減速器是機(jī)械設(shè)備中至關(guān)重要的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，其性能好壞直接影響著現(xiàn)代化生產(chǎn)效率甚至作業(yè)人員的生命安全［1］。為了確保減速器正常工作，測(cè)試其各項(xiàng)參數(shù)及性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程測(cè)試具有非常重要的意義。本系統(tǒng)利用Internet把分解在不同計(jì)算機(jī)上的各個(gè)功能模塊靈活地連接起來(lái)，使得在分布很廣的作業(yè)地域之間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸、分析處理，從而提高了工作效率和安全性。本系統(tǒng)充分利用LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)工具包和數(shù)據(jù)采集、分析模塊，構(gòu)建了集信號(hào)采集、遠(yuǎn)程傳輸、分析處理于一體的減速器遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)。

二、測(cè)試系統(tǒng)硬件組成

減速器性能試驗(yàn)主要包括空載、效率、溫升、噪聲、和耐久試驗(yàn)。各試驗(yàn)要求如下：

空載試驗(yàn)：測(cè)試并記錄輸入扭矩及轉(zhuǎn)速，空載功率、油池平衡溫度以及此時(shí)的機(jī)殼溫度；效率試驗(yàn)：記錄減速器輸出、輸入的轉(zhuǎn)速與扭矩，繪制效率—負(fù)荷曲線；溫升試驗(yàn)：每隔15min記錄一次油度，繪制溫升曲線，記錄達(dá)到熱平衡所需時(shí)間；噪聲試驗(yàn)：記錄離減速器1m處不少于兩個(gè)方向的噪聲，取其平均值；耐久試驗(yàn)：運(yùn)轉(zhuǎn)1000h，每隔15min記錄一次油溫，達(dá)到控制油溫后每隔1h記錄一次油溫，繪制溫升曲線。

這些測(cè)試項(xiàng)目可歸納為以下幾類信號(hào)：扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、噪聲。按需求測(cè)試裝置布置如圖1所示，系統(tǒng)配備有扭矩、光電、溫度、噪聲等傳感器。

扭矩測(cè)量采用JC型扭矩傳感器，轉(zhuǎn)速測(cè)量采用光電傳感器，室溫與機(jī)殼溫度采用Pt100溫度傳感器，油溫采用銅-康熱電偶，噪聲測(cè)量采用聲級(jí)計(jì)。信號(hào)調(diào)理采用NI公司出品的5B系列調(diào)理模塊，數(shù)據(jù)采集使用NI6014數(shù)采卡。NI6014是美國(guó)NI公司推出的基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備，它具有16路模擬輸入通道、8路數(shù)字輸入/輸出通道、2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。遠(yuǎn)程傳輸采用5類雙絞線將計(jì)算機(jī)接入Internet。整個(gè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)架如圖2所示。

三、測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件部分采用LabVIEW 7 Express語(yǔ)言進(jìn)行編程。軟件在整體上采用遞進(jìn)式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以劃分為三個(gè)成次：第一層為“主程序?qū)印?，由用戶接口和測(cè)試執(zhí)行部分構(gòu)成；第二層為“測(cè)試層”，負(fù)責(zé)邏輯關(guān)系的驗(yàn)證以及相關(guān)決策的制定；最底層為“驅(qū)動(dòng)層”，負(fù)責(zé)與儀器、被測(cè)設(shè)備以及其它應(yīng)用程序之間的通訊［2］。

圖3為本系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖，其中服務(wù)器負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與發(fā)送，客戶機(jī)負(fù)責(zé)測(cè)試層與主程序?qū)訉?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、處理和用戶接口。

1、服務(wù)端程序

DataSocket是NI公司基于TCP/IP協(xié)議的一種網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，它封裝了TCP/IP的編程細(xì)節(jié)，使用這種技術(shù)很容易在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享。DataSocket包括DataSocket Server Manager，DataSocket Server，DataSocket函數(shù)庫(kù)等三大部分，以及Dstp（DataSocket Transfer Protocol，DataSocket傳輸協(xié)議）、URL（uniform resource locator）和文件格式等規(guī)程。

在服務(wù)器中打開(kāi)DataSocket Server Manager，設(shè)置可連接的客戶程序的最大數(shù)目和可創(chuàng)建的數(shù)據(jù)項(xiàng)的最大數(shù)目，并創(chuàng)建用戶組和用戶，最后設(shè)置用戶創(chuàng)建數(shù)據(jù)項(xiàng)和讀寫數(shù)據(jù)的權(quán)限。設(shè)置完畢后，打開(kāi)DataSocketServer，它能解決大部分網(wǎng)絡(luò)通信方面的問(wèn)題，并負(fù)責(zé)監(jiān)管DataSocket Server Manager中所設(shè)定的各種權(quán)限和客戶程序間的數(shù)據(jù)交換。

DataSocket對(duì)TCP/IP底層進(jìn)行了高度封裝，所提供的參數(shù)簡(jiǎn)單友好，只需設(shè)置URL就可通過(guò)Internet進(jìn)行即時(shí)分送所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。DataSocket可用的URL共有四種：dstp，opc，logos和file傳輸協(xié)議。本設(shè)計(jì)服務(wù)端程序只用dstp，dstp是DataSocket的固有協(xié)議，利用這個(gè)協(xié)議可以運(yùn)行一個(gè)DataSocketServer。

按照減速器性能試驗(yàn)要求，服務(wù)端必須提供的數(shù)據(jù)有溫度、轉(zhuǎn)速、扭矩和噪聲等，調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊，結(jié)合DataSocket，服務(wù)端程序也就躍然紙上?！癕ain Server”后面板見(jiàn)圖4。

2、客戶端程序

當(dāng)服務(wù)器運(yùn)行“Main Server”的時(shí)候，客戶機(jī)通過(guò)DataSocket技術(shù)完成遠(yuǎn)程測(cè)試?？蛻舳顺绦虬酥鞒绦?qū)雍蜏y(cè)試層。

主程序?qū)又饕瓿煽蛰d、效率、溫升、噪聲、和耐久等五個(gè)試驗(yàn)的用戶接口，通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的用戶界面向子程序以及測(cè)試層提供必要的抽象信息，并實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值，最后生成試驗(yàn)報(bào)表［3］。通過(guò)使用LabVIEW中Application Control〉〉Menu和Application Control〉〉Help兩個(gè)目錄下的相關(guān)vi，以及SubVI的屬性設(shè)置，將這五個(gè)具有獨(dú)立功能的儀器以菜單和對(duì)話框方式集成為一個(gè)儀器系統(tǒng)，提供統(tǒng)一的主界面。

測(cè)試層主要完成溫度、轉(zhuǎn)速、扭矩、噪聲、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量，按照從主程序?qū)觽鬟f而來(lái)的參數(shù)，利用LabVIEW功能強(qiáng)大的信號(hào)處理以及數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊即可計(jì)算出減速器各性能參數(shù)?？蛻舳顺绦蛄鞒虉D如圖5所示。

3、遠(yuǎn)程面板訪問(wèn)

遠(yuǎn)程面板訪問(wèn)目的是監(jiān)測(cè)和控制服務(wù)端的作業(yè)，調(diào)整運(yùn)行在服務(wù)器上驅(qū)動(dòng)層模塊的采集參數(shù)。LabVIEW中通過(guò)Remote Panels技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程面板訪問(wèn)，Remote Panels基于瀏覽器/服務(wù)器（簡(jiǎn)寫為B /S）網(wǎng)絡(luò)模式，可在互聯(lián)網(wǎng)上直接控制位于遠(yuǎn)端服務(wù)器上的VI前面板［4］。

在服務(wù)器上啟動(dòng)LabVIEW Web Server并進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，最后利用菜單欄中的Tools〉〉WebPublishing Tool將網(wǎng)頁(yè)發(fā)布出去。完成上述配置后，在服務(wù)器上打開(kāi)服務(wù)端程序，然后在裝有LabVIEW或Run-Time Engine的客戶機(jī)上打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器，輸入U(xiǎn)RL：http：//192.168.0.1/main server.htm，客戶機(jī)可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置所需數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)、采樣頻率等參數(shù)。

四、結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)化是測(cè)試技術(shù)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，本文重點(diǎn)介紹了NI公司開(kāi)發(fā)的DataSocket技術(shù)和Remote Panels技術(shù)，按照減速器的性能試驗(yàn)要求，以面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄瑖?yán)格的結(jié)構(gòu)層次，獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)方法編寫了服務(wù)端和客戶端程序。以虛擬儀器替代傳統(tǒng)儀器硬件，使遠(yuǎn)程測(cè)試更加可靠、項(xiàng)目擴(kuò)展更加靈活，從而消除了空間和距離上的隔閡。遠(yuǎn)程測(cè)試在測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)控方式一場(chǎng)革命，也是未來(lái)測(cè)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

［1］陳維健，傅運(yùn)剛等.礦山大型機(jī)電設(shè)備測(cè)試技術(shù)手冊(cè)［M］.江蘇：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版.2008，869-871.

［2］楊樂(lè)平，李海濤，趙勇等. LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)［M］，北京：清華大學(xué)出版社.2003.

［3］董湘，鄒國(guó)奎.基于LabVIEW的遠(yuǎn)程測(cè)控方法研究.自動(dòng)化儀表，2015年1月，第27卷第1期：6-8.

［4］Wu X，Ghaboussi J，Garrett J H. Use of neural networks in detection of structural damage［J］. Computers & Structures，2012，42（4）：649-659.

Creeper Gear Remote Testing System Based on LabVIEW

Huang Pei
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Jiangsu Institute of Architectural TechnologyXuzhou221116）

AbstractAdvanced Virtual Instruments technologies has been introduced into Creeper Gear performance testing and analysis，thus constituted Virtual Instruments hardware platform encored by computer and NI 6014 DAQ Card and developed Creeper Gear analyzing software with remote testing functions based on the LabVIEW，which designed with strict structural gradation and independent approaches and provided detailed introductions to the realization of remote testing，service，guest and publishing terminal. The system flexibly connected data acquisition and processing module to realized automatic，remote transmitting，analyzing and processing section to improve working efficiency and safety.

KeywordsCreeper gearVirtual instrumentsRemote testing

中圖分類號(hào)TH132.41；TN915.04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)160223-7208

作者簡(jiǎn)介

黃培（1981年～），性別男，江蘇徐州人，2005年畢業(yè)于西安科技大學(xué)大學(xué)機(jī)械電子專業(yè)，獲碩士學(xué)位，講師，現(xiàn)為江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師；主要從事電氣自動(dòng)化與控制系統(tǒng)的教學(xué)與研究。