CN207318249U - 基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机，包括主控制器、高速数据采集系统、三轴运动控制系统、力传感器、位移传感器、电机驱动器、电动缸；所述主控制器分别通过EtherCAT总线连接高速数据采集系统和三轴运动控制系统；主控制器作为主站；高速数据采集系统和三轴运动控制系统分别作为从站；高速数据采集系统与力传感器、位移传感器连接，用于采集力传感器、位移传感器的传感数据，并将传感数据传输给主控制器；主控制器进行力量加载控制以及变形量加载控制，并将控制信号传输给三轴运动控制系统；三轴运动控制系统控制电机驱动器；本实用新型极大的提高了通信速度、数据采集速度。

Description

基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机

技术领域

本实用新型涉及一种静态载荷特性试验机，尤其是一种基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机。

背景技术

在研究探索新材料、新工艺、新技术和新结构的过程中，材料试验机是一种不可缺少的重要检测仪器。其中，静态载荷特性检测是常见的检测项。目前，国内的工业级静态载荷特性试验机大多采用的是国外的数据采集系统，不仅成本过高，并且最高采集速率以及整体数据采集频率未能达到理想的效果。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机，通过提高数据采集系统的最高采集速率，提升静态载荷特性试验机的整体性能。本实用新型采用的技术方案是：

一种基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机，包括主控制器、高速数据采集系统、三轴运动控制系统、力传感器、位移传感器、电机驱动器、电动缸；

所述主控制器分别通过EtherCAT总线连接高速数据采集系统和三轴运动控制系统；主控制器作为主站；高速数据采集系统和三轴运动控制系统分别作为从站；

高速数据采集系统与力传感器、位移传感器连接，用于采集力传感器、位移传感器的传感数据，并将传感数据传输给主控制器；

主控制器进行力量加载控制以及变形量加载控制，并将控制信号传输给三轴运动控制系统；

三轴运动控制系统控制电机驱动器；电机驱动器用于驱动电动缸的电机。

进一步地，高速数据采集系统包括多个模拟量输入点和多个模拟量参考点，各模拟量输入点与各模拟量参考点一一对应，构成各个输入通道的模拟信号输入端；

以及：模数转换模块、隔离模块、微控制器、EtherCAT通信模块、电源转换模块；

以及：主回路输入电压指示灯、主回路内部电压指示灯、系统状态指示灯、EtherCAT状态指示灯、EtherCAT输出端口、EtherCAT输入端口、输入电源0V第一端口、输入电源正电压第一端口；

输入电源正电压第一端口和输入电源0V第一端口构成一组电源端口；

电源转换模块的输入端接所述一组电源端口，产生各供电电压，分别给模数转换模块、隔离模块、微控制器、EtherCAT通信模块供电；

模数转换模块内包括两部分：采集模块和模数转换单元；采集模块的输入端与各模拟量输入点和模拟量参考点连接；采集模块的输出端接模数转换单元；模数转换单元的输出端接隔离模块，隔离模块连接微控制器；

微控制器与EtherCAT通信模块连接，EtherCAT通信模块的信号输入端接EtherCAT输入端口，信号输出端接EtherCAT输出端口；

电源转换模块与主回路输入电压指示灯、主回路内部电压指示灯连接；主控制器与系统状态指示灯连接；EtherCAT通信模块与EtherCAT状态指示灯连接。

更进一步地，高速数据采集系统还包括输入电源正电压第二端口和输入电源0V第二端口构成另一组电源端口。

进一步地，三轴运动控制系统包括相连接的从站微处理器和脉冲发生微控制器；

从站微处理器包括EtherCAT通信单元和微处理单元；

每个脉冲发生微控制器包含多个脉冲发生单元，每个脉冲发生单元都能够独立的发送脉冲控制电机驱动器。

本实用新型的优点在于：主控制器、高速数据采集系统、三轴运动控制系统之间采用EtherCAT总线进行通信，可在30μs内处理1000个分布式I/O端子，极大的提高了通信速度、数据采集速度、以及整体数据采集频率，提升了静态载荷特性试验机的整体性能，并且降低了成本。

附图说明

图1为本实用新型的总体示意图。

图2为本实用新型的高速数据采集系统示意图。

图3为本实用新型的三轴运动控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供的基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机，包括主控制器、高速数据采集系统、三轴运动控制系统、力传感器、位移传感器、电机驱动器、电动缸；

所述主控制器分别通过EtherCAT总线连接高速数据采集系统和三轴运动控制系统；主控制器作为主站；高速数据采集系统和三轴运动控制系统分别作为从站；

高速数据采集系统与力传感器、位移传感器连接，用于采集力传感器、位移传感器的传感数据，并将传感数据传输给主控制器；

主控制器进行力量加载控制以及变形量加载控制，并将控制信号传输给三轴运动控制系统；

三轴运动控制系统采用脉冲发生的方式控制电机驱动器，可兼容目前大部分的电机驱动器；电机驱动器用于驱动电动缸的电机，实现力量加载；

如图2所示，高速数据采集系统包括多个模拟量输入点1～8和多个模拟量参考点9～16，各模拟量输入点与各模拟量参考点一一对应，构成各个输入通道的模拟信号输入端；

以及：模数转换模块、隔离模块、微控制器、EtherCAT通信模块、电源转换模块；

以及：主回路输入电压指示灯33、主回路内部电压指示灯34、备用指示灯35、系统状态指示灯36、EtherCAT状态指示灯37、EtherCAT输出端口38、EtherCAT输入端口39、输入电源0V第一端口40、输入电源0V第二端口41、输入电源正电压第一端口42、输入电源正电压第二端口43；

输入电源正电压第一端口42和输入电源0V第一端口40构成一组电源端口，输入电源正电压第二端口43和输入电源0V第二端口41构成另一组电源端口；另一组电源端口通常可以给级联的其它从站使用；

电源转换模块的输入端接所述一组电源端口，产生各供电电压，分别给模数转换模块、隔离模块、微控制器、EtherCAT通信模块供电；

模数转换模块内包括两部分：采集模块和模数转换单元；采集模块的输入端与各模拟量输入点和模拟量参考点连接；采集模块的输出端接模数转换单元；模数转换单元的输出端接隔离模块，隔离模块连接微控制器；

微控制器与EtherCAT通信模块连接，EtherCAT通信模块的信号输入端接EtherCAT输入端口39，信号输出端接EtherCAT输出端口38；

电源转换模块与主回路输入电压指示灯33、主回路内部电压指示灯34连接；主控制器与系统状态指示灯36连接；EtherCAT通信模块与EtherCAT状态指示灯37连接；

如图3所示，三轴运动控制系统包括相连接的从站微处理器和脉冲发生微控制器，从站微处理器包括EtherCAT通信单元和微处理单元，负责处理EtherCAT通信和解析数据的任务；从站微处理器从主站主控制器获得数据之后，对数据进行解析，并将解析之后的结果下发至脉冲发生微控制器；每个脉冲发生微控制器包含多个脉冲发生单元，每个脉冲发生单元都可以独立的发送脉冲控制电机驱动器；

采用脉冲发生的方式控制电机驱动器，可兼容目前大部分的电机驱动器，使得现有的系统在不更换电机驱动器的情况下，可以直接更换运动控制系统实现高实时性、高精度的运动控制；采用通讯与脉冲发生分离的控制方式，这使得系统可以同时进行通信和脉冲发生，这既能提高通信速率，又使得运动控制过程更加平顺，有利于提高控制精度；采用独立的脉冲发生单元，各脉冲发生单元相互独立，从EtherCAT通信单元中获得数据，然后分别独立并行产生脉冲数据，提高了系统集程度；这使得单个三轴运动控制系统可以控制至少6个电机驱动器。

Claims (4)

1.一种基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机，其特征在于，包括主控制器、高速数据采集系统、三轴运动控制系统、力传感器、位移传感器、电机驱动器、电动缸；

所述主控制器分别通过EtherCAT总线连接高速数据采集系统和三轴运动控制系统；主控制器作为主站；高速数据采集系统和三轴运动控制系统分别作为从站；

高速数据采集系统与力传感器、位移传感器连接，用于采集力传感器、位移传感器的传感数据，并将传感数据传输给主控制器；

主控制器进行力量加载控制以及变形量加载控制，并将控制信号传输给三轴运动控制系统；

三轴运动控制系统控制电机驱动器；电机驱动器用于驱动电动缸的电机。

2.如权利要求1所述的基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机，其特征在于，

高速数据采集系统包括多个模拟量输入点和多个模拟量参考点，各模拟量输入点与各模拟量参考点一一对应，构成各个输入通道的模拟信号输入端；

以及：模数转换模块、隔离模块、微控制器、EtherCAT通信模块、电源转换模块；

以及：主回路输入电压指示灯、主回路内部电压指示灯、系统状态指示灯、EtherCAT状态指示灯、EtherCAT输出端口、EtherCAT输入端口、输入电源0V第一端口、输入电源正电压第一端口；

输入电源正电压第一端口和输入电源0V第一端口构成一组电源端口；

电源转换模块的输入端接所述一组电源端口，产生各供电电压，分别给模数转换模块、隔离模块、微控制器、EtherCAT通信模块供电；

模数转换模块内包括两部分：采集模块和模数转换单元；采集模块的输入端与各模拟量输入点和模拟量参考点连接；采集模块的输出端接模数转换单元；模数转换单元的输出端接隔离模块，隔离模块连接微控制器；

微控制器与EtherCAT通信模块连接，EtherCAT通信模块的信号输入端接EtherCAT输入端口，信号输出端接EtherCAT输出端口；

电源转换模块与主回路输入电压指示灯、主回路内部电压指示灯连接；主控制器与系统状态指示灯连接；EtherCAT通信模块与EtherCAT状态指示灯连接。

3.如权利要求2所述的基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机，其特征在于，

高速数据采集系统还包括输入电源正电压第二端口和输入电源0V第二端口构成另一组电源端口。

4.如权利要求1所述的基于高速数据采集系统的静态载荷特性试验机，其特征在于，

三轴运动控制系统包括相连接的从站微处理器和脉冲发生微控制器；

从站微处理器包括EtherCAT通信单元和微处理单元；

每个脉冲发生微控制器包含多个脉冲发生单元，每个脉冲发生单元都能够独立的发送脉冲控制电机驱动器。