基于NI PXI Express平臺的石油管復(fù)合擠毀試驗機控制

除去上述優(yōu)點，這種架構(gòu)方式唯一需要注意的是MIX通訊卡與工業(yè)控制計算機的兼容性。

板卡選擇中，僅選用以下4種6塊板卡即可滿足系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集通道需求：

PXIe-6363 X系列多功能卡1塊。這塊板卡功能強大，帶有32路正負10 伏模擬輸入，4路正負10伏模擬輸出，48路5伏數(shù)字I/O和4路32位計數(shù)器。系統(tǒng)中使用正負10伏模擬輸入功能接入所有執(zhí)行子系統(tǒng)監(jiān)控傳感器信號，使用正負10伏模擬輸出控制液壓油源、高壓水加壓泵站和高壓氣加壓泵站中的氣控調(diào)壓閥等執(zhí)行元件。5伏數(shù)字I/O和32位計數(shù)器功能未使用。

PXI-6515數(shù)字I/O卡1塊。這是一塊32通道24伏工業(yè)數(shù)字I/O卡，它的數(shù)字輸出功能用來控制所有中間繼電器通斷，根據(jù)試驗步驟開啟或關(guān)閉電機、泵及所有閥件;數(shù)字輸入功能收集油濾、緊急停止按鈕的狀態(tài)信號。

PXIe-4330應(yīng)變與橋路傳感器數(shù)據(jù)采集卡3塊。該數(shù)據(jù)采集卡集傳感器供電與信號調(diào)理、采集于一體，能為傳感器提供0.625伏到10伏的供電。這一供電范圍涵蓋了應(yīng)變采集常用的2伏和3.3伏以及高精度壓力傳感器常用的10伏，使系統(tǒng)無須再為傳感器另配線性電源。3塊采集卡中的1塊8個通道用來采集液壓缸兩腔壓力和試樣內(nèi)壓及外壓，同時為外接位移傳感器和力傳感器預(yù)留通道。剩余2塊采集卡實現(xiàn)16通道1/4橋應(yīng)變高速同步采集(采樣頻率最高達25kHz)。

PXIe-4353熱電偶數(shù)據(jù)采集卡1塊。這塊采集卡含有32個采集通道，其中8個通道內(nèi)置冷端補償。采集卡支持J、K、T、E、N、B、R和S共8個類型的熱電偶，涵蓋了石油管試驗中常用的J、K兩種類型熱電偶。試驗中試樣溫度變化較慢，因此最高90Hz的采樣頻率也足以滿足使用需求。

四、軟件實現(xiàn)與現(xiàn)場成果

軟件編寫中，充分利用了LabVIEW 2011 軟件開發(fā)平臺的并行處理特長，令以下三個循環(huán)同時運行：

(1)液壓油源、高壓水加壓泵站、高壓氣加壓泵站控制與多物理量數(shù)據(jù)采集循環(huán);

(2)前面板操作響應(yīng)循環(huán);

(3)界面顯示與刷新循環(huán);

軟件源代碼如圖3所示。

圖3 LabVIEW軟件源代碼

其中，液壓油源、高壓水加壓泵站、高壓氣加壓泵站的控制程序同樣并行運行，保證執(zhí)行機構(gòu)能夠同時給試樣施加軸向載荷、側(cè)向彎曲以及內(nèi)壓和外壓。

軟件主界面如圖4所示。進入軟件主界面后，系統(tǒng)自動檢測板卡狀態(tài)。這部分功能利用板卡驅(qū)動編寫。如果板卡狀態(tài)異常則鎖定界面，使后續(xù)操作無法完成，保證試驗安全。

圖4 軟件主界面

其后開始試驗參數(shù)配置。配置過程包括輸入試樣信息、傳感器配置、載荷步驟設(shè)置(如圖5)、應(yīng)變與熱電偶采集配置等。每完成一步配置，點擊下一步，直到配置完成。這種鎖定的順序過程可以避免因某步信息未輸入而默認使用上次試驗配置的情況。

圖5 載荷步驟設(shè)置

試驗參數(shù)配置完成后，點擊軟件主界面上的“開始”按鈕，此時彈出窗口，要求操作人員輸入存盤路徑和文件名，保存數(shù)據(jù)文件和配置文件，便于數(shù)據(jù)回放和下次調(diào)用。開始試驗后，彈出液壓系統(tǒng)、高壓水加壓系統(tǒng)、高壓氣加壓系統(tǒng)監(jiān)控界面，如圖6至圖8所示。界面上包含所有執(zhí)行元件的啟停開關(guān)與工作狀態(tài)，以及監(jiān)控傳感器的反饋值，替代了硬件指示燈、按鈕以及傳統(tǒng)的二次儀表。

圖6 液壓系統(tǒng)監(jiān)控界面

圖7 高壓水加壓系統(tǒng)監(jiān)控界面

圖8 高壓氣加壓系統(tǒng)監(jiān)控界面

試驗結(jié)束后進入數(shù)據(jù)回放界面(圖9)，能夠查看試驗數(shù)據(jù)并完成簡單的數(shù)據(jù)分析和導(dǎo)出。

圖9 數(shù)據(jù)回放界面

PXIe-1082 8槽3U機箱在現(xiàn)場主控制柜內(nèi)的安裝如圖10和圖11所示。考慮到機箱發(fā)熱較大，將其安裝在主控制柜頂部，并且在控制柜側(cè)板安裝外掛式空調(diào)。

圖10 現(xiàn)場主控制柜實拍圖片

圖11 PXIe-1082機箱在主控制柜內(nèi)安裝圖

五、總結(jié)

使用NI PXI-E平臺完成了石油管復(fù)合擠毀試驗機的控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)搭建。硬件方面充分利用NI板卡的多種功能，用盡可能少的板卡搭建集中式控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)整體穩(wěn)定性要求。軟件方面，利用LabVIEW 2011 軟件開發(fā)平臺的并行處理特長，完成多物理量并行閉環(huán)控制和數(shù)據(jù)同步采集。