CN103279041A - 一种水槽变坡机构测控方法 - Google Patents

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Inventor
戚磊
崔岩
芮其洁
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Abstract

本发明提供一种水槽变坡机构测控方法，通过工业控制计算机人机操作界面进行变坡高度指令输入，由继电器输出及隔离数字量输入卡输出相应控制信号，控制变坡电机正向变坡或反向变坡，采用计数码盘对水槽实时高度进行反馈，当到达给定高度后自动停止，采用极限位置保护装置对系统失控状况进行安全保护。本发明实现方便、操作简单、测控精度高、重复性好，可广泛应用于各种变坡水槽变坡机构的控制与测量。

Description

一种水槽变坡机构测控方法
技术领域
本发明属于河岸堤坝试验设备领域，涉及变坡水槽控制系统，特别涉及一种水槽变坡机构的测控方法。
背景技术
变坡水槽是一种多功能多用途的水槽，其相比普通波流水槽的优势在于可调节出多种不同的槽体坡度，为河岸堤坝等模型试验提供莫大的方便以及更准确的数据。因此，水槽变坡机构测控系统的精度要高，位置反馈系统的选择至关重要。
发明内容
本发明综合控制精度以及控制成本等方面考虑，提供一种以脉冲计数来实现的水槽变坡机构测控方法。
本发明的技术方案如下：
一种水槽变坡机构测控方法，通过工业控制计算机人机操作界面进行变坡高度指令输入，由继电器输出及隔离数字量输入卡将相应控制信号输出至电气控制箱，通过电气控制箱控制变坡电机正向变坡或反向变坡，改变水槽槽体的高度；采用计数码盘对水槽槽体的实时高度进行采集，通过电气控制箱将采集到的信号输入至继电器输出及隔离数字量输入卡，并反馈至工业控制计算机，由工业控制计算机得到实际变化脉冲个数以及水槽槽体实时高度，令水槽槽体到达给定高度后自动停止；采用极限位置保护装置实时监控水槽槽体坡度的上下极限位置，当检测到极限位置信号时，通过电气控制箱将信号输入至继电器输出及隔离数字量输入卡，并反馈至工业控制计算机，由工业控制计算机令变坡停止。
其进一步的技术方案为：
所述继电器输出及隔离数字量输入卡采用研华PCI-1761，研华PCI-1761提供8路光隔离数字量输入通道，同时带有8个SPDT继电器可以用作开关控制设备或小型电源断路开关。
所述计数码盘由一只接近开关和一只直径8cm的金属圆盘构成；所述金属圆盘的圆周上均匀分布5个直径1cm的圆孔，金属圆盘中心位置安装在水槽槽体最末端一组螺旋升降机构的转动轴上，变坡时跟随转动轴转动；所述接近开关正对金属圆盘其中一个圆孔位置固定，接近开关的感应点与金属圆盘距离6mm。
所述极限位置保护装置由上极限接近开关和下极限接近开关构成；所述上极限接近开关和下极限接近开关分别安装于水槽槽体坡度的上极限位置和下极限位置。
所述工业控制计算机具备将处于任意坡度的水槽槽体回到水平位置的坡度置零功能。
所述工业控制计算机具备手动变坡和自动变坡两种模式，所述两种模式之间有互锁功能；手动变坡模式时，通过电气控制箱面板上的上行、下行、停止按钮进行变坡操作，工业控制计算机不参与其中；自动变坡模式时，通过工业控制计算机进行坡度指令输入，进行启动、停止操作，电气控制箱面板按钮无效。
本发明的有益技术效果是：
本发明测控方法采用计数码盘进行计数，计数码盘采用简单部件构成，精度可达0.2mm，完全可满足试验要求。采用兼有继电器输出功能和隔离数字量输入功能的计算机板卡来实现计数脉冲读取与控制信号输出功能。人机操作界面除具有基本的坡度参数输入、启动、停止等功能外，还具备实际坡度、脉冲变化个数显示功能；具备坡度置零功能。测控系统具备手动变坡和计算机自动变坡两种功能，同时两种模式之间有互锁功能。本发明所提供的测控方法，实现方便、操作简单、测控精度高、重复性好。本发明可广泛应用于各种变坡水槽变坡机构的控制与测量。
本发明附加的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明的测控系统总体结构示意框图。
图2是本发明的人机操作流程图。
图3是本发明的测控方法实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
实施例以一个长42m，高2.1m的变坡水槽为例。该变坡水槽的槽身净高0.8m，槽底及升降系统高1.3m。水槽钢架多点支撑，中间铰支，铰支为中心，两侧各均匀分布4组升降机构。槽体最大变坡±2%。
图1示出了用以实现本发明的测控系统的总体结构。如图1所示，该测控系统主要由工业控制计算机1、继电器输出及隔离数字量输入卡2、电气控制箱3、变坡电机4、计数码盘6和极限位置保护装置7组成。该测控系统是以研华PCI-1761板卡为核心输入输出控制部件设计实现的，研华PCI-1761板卡是一款PCI总线的继电器输出及隔离数字量输入卡2，可提供8路光隔离数字量输入通道，同时带有8个SPDT继电器可以用作开关控制设备或小型电源断路开关。安装有继电器输出及隔离数字量输入卡2的工业控制计算机1以及电气控制箱3设立在变坡水槽中部附近的控制室中。变坡电机4的控制信号由继电器输出及隔离数字量输入卡2的继电器输出端引至电气控制箱3，其中R0_NO、R0_COM一组信号控制变坡上行，R1_NO、R1_COM一组信号控制变坡下行。计数码盘6的反馈脉冲以及极限位置保护装置7的信号经由电气控制箱3引至继电器输出及隔离数字量输入卡2的相应数字量输入端，其中计数码盘6的计数脉冲接至IDI0A和IDI0B端子；极限位置保护装置7的上行限位接至IDI1A和IDI1B端子，下行限位接至IDI2A和IDI2B端子。
计数码盘6由一只接近开关和一只直径8cm的金属圆盘构成，该金属圆盘的圆周上均匀分布5个直径1cm的圆孔。金属圆盘中心位置安装在水槽槽体5最末端一组螺旋升降机构的转动轴上，变坡时跟随转动轴转动。接近开关正对金属圆盘其中一个圆孔位置固定，感应点距离金属圆盘距离6mm。升降机构在装有计数码盘6位置的丝杆螺距为2mm。计数原理是根据金属圆盘转动时接近开关信号的时有时无来达到计数的目的。计数码盘6留有5个圆孔计数点，同时在继电器输出及隔离数字量输入卡2中数字量输入设置中将输入模式设为脉冲变化，这样就可以在一个转盘周期内得到10个脉冲量，计数精度可达到0.2mm，完全满足该类型设备所需精度要求。
极限位置保护装置7采用两只接近开关来实现，为上极限接近开关和下极限接近开关，分别安装在水槽槽体5的上极限和下极限两个位置。当水槽槽体5的坡度增大到上极限位置时，系统会自动急停，在这种状态下，坡度增大功能无效，只有坡度减小功能有效；反之亦然。
测控系统具有自动置零功能。自动置零功能是将处于任意坡度的水槽槽体回到水平位置。该功能用于解决手动模式与自动模式交叉使用时控制系统存储的坡度与实际坡度不符的情况。
测控系统具有手动控制变坡与计算机自动控制变坡两种功能模式，通过电气控制箱面板上的操作方式选择旋钮进行切换。手动变坡模式时，通过电气控制箱面板上的上行、下行、停止三个按钮进行变坡操作，计算机不参与其中；自动变坡模式时，通过计算机进行坡度指令输入，进行启动、停止操作，电控箱面板按钮无效。
如图2和图3所示，水槽变坡机构测控方法是按如下步骤来实现的：
将电气控制箱3上电，将控制模式选为自动模式，在人机界面观察显示坡度与实际坡度是否相符，若不符则进行如下坡度置零操作。
在电气控制箱3面板上将控制模式选为手动，通过观察此时槽体坡度指针是否指在零刻度，如果否，则利用面板上的上行或下行按钮，控制槽体指针回到零位，然后将控制模式选为自动。启动工业控制计算机1，进入人机操作界面，在操作界面上点击“坡度置零”按钮，将此时的实际位置设为零位。
坡度置零操作完成后，在槽体变坡高度设定中输入所需变坡高度参数，点击“确认”，点击“变坡启动”按钮，变坡开始。该输入值是一个带符号的整数值；输入正值，则继电器输出及隔离数字量输入卡2的第一继电器输出，变坡电机4运转，水槽槽体5正向变坡；输入负值，则继电器输出及隔离数字量输入卡2的第二继电器输出，变坡电机4运转，水槽槽体5反向变坡。
变坡过程中，水槽槽体5的螺旋升降机构转动，带动计数码盘6转动，此时计数接近开关开始检测高低电平变化，并由IDI0A和IDI0B端子反馈至工业控制计算机1，由工业控制计算机1计算得到实际变化脉冲个数以及槽体实时高度，判断实际变化脉冲个数与给定数是否相等，当到达给定高度时，变坡运动自动停止。
变坡调试中，经过反复验证，发明重复性非常好。在最大行程时，误差为2%。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水槽变坡机构测控方法，其特征在于：通过工业控制计算机人机操作界面进行变坡高度指令输入，由继电器输出及隔离数字量输入卡将相应控制信号输出至电气控制箱，通过电气控制箱控制变坡电机正向变坡或反向变坡，改变水槽槽体的高度；采用计数码盘对水槽槽体的实时高度进行采集，通过电气控制箱将采集到的信号输入至继电器输出及隔离数字量输入卡，并反馈至工业控制计算机，由工业控制计算机得到实际变化脉冲个数以及水槽槽体实时高度，令水槽槽体到达给定高度后自动停止；采用极限位置保护装置实时监控水槽槽体坡度的上下极限位置，当检测到极限位置信号时，通过电气控制箱将信号输入至继电器输出及隔离数字量输入卡，并反馈至工业控制计算机，由工业控制计算机令变坡停止。
2.根据权利要求1所述水槽变坡机构测控方法，其特征在于：所述继电器输出及隔离数字量输入卡采用研华PCI-1761，研华PCI-1761提供8路光隔离数字量输入通道，同时带有8个SPDT继电器可以用作开关控制设备或小型电源断路开关。
3.根据权利要求1所述水槽变坡机构测控方法，其特征在于：所述计数码盘由一只接近开关和一只直径8cm的金属圆盘构成；所述金属圆盘的圆周上均匀分布5个直径1cm的圆孔，金属圆盘中心位置安装在水槽槽体最末端一组螺旋升降机构的转动轴上，变坡时跟随转动轴转动；所述接近开关正对金属圆盘其中一个圆孔位置固定，接近开关的感应点与金属圆盘距离6mm。
4.根据权利要求1所述水槽变坡机构测控方法，其特征在于：所述极限位置保护装置由上极限接近开关和下极限接近开关构成；所述上极限接近开关和下极限接近开关分别安装于水槽槽体坡度的上极限位置和下极限位置。
5.根据权利要求1所述水槽变坡机构测控方法，其特征在于：所述工业控制计算机具备将处于任意坡度的水槽槽体回到水平位置的坡度置零功能。
6.根据权利要求1所述水槽变坡机构测控方法，其特征在于：所述工业控制计算机具备手动变坡和自动变坡两种模式，所述两种模式之间有互锁功能；手动变坡模式时，通过电气控制箱面板上的上行、下行、停止按钮进行变坡操作，工业控制计算机不参与其中；自动变坡模式时，通过工业控制计算机进行坡度指令输入，进行启动、停止操作，电气控制箱面板按钮无效。
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