静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，包括应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的设计方法、加载力控制系统的总体设计实现方法、加载力控制系统的中央处理器系统设计方法、加载力控制系统的连锁互锁控制方法、加载力控制系统的失载下安全控制方法、加载力控制系统的检测系统设计方法、加载力控制系统的下行回程控制方法、加载力控制系统的加载卸载与补载控制算法。本发明专利技术的方法实现了静力精确加载模拟装置对加载过程柔顺性、高精度控制、安全控制等需求，满足静强度测试与评价对静力加载装置控制系统的要求。

【技术实现步骤摘要】
静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法
本专利技术涉及控制设备
，特别涉及一种静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法。
技术介绍
材料的强度性能是材料作为机械部件最重要的指标之一，大型装备、军工复合材料、含能材料的强度性能关系到大型装备的安全、武器装备的可靠性与安全性。各项异性复合材料在长寿命使用中，由于静力载荷、高低温温度载荷、疲劳载荷、蠕变载荷等各种载荷的作用下，强度性能发生变化。强度性能蜕化已经成为材料在长寿命使用中最容易出现的问题之一。炸药材料作为一种各项异性复合材料，受到静力载荷下其强度降低，严重影响炸药材料的力学强度性能。为开展炸药材料的寿命评估，建立炸药材料的寿命模型，需研究炸药材料的静力载荷与强度寿命的关系，急需建立一套适用于炸药材料的大吨位、静力载荷精密可控型、安全型的静力精确加载装置。现有的静力加载机只满足低吨位(10T以下)的精密可控加载功能、且在低载荷区域存在压力精密控制死区、无法满足全载荷域的载荷精密控制功能，无法满足大吨位、静力载荷精密控制加载需求。另外，现有的静力加载机的安全控制性能较低，无法满足炸药材料的静力加载模拟所需的安全控制性能。为满足炸药材料的静力强度测试与评价需求，急需专利技术一台大吨位、静力载荷精密控制型、安全控制型的静力载荷加载模拟装置。控制系统是静力精确加载模拟装置的中枢系统，通过电控元件、电机、检测传感器等装置实现静力精确加载模拟装置的各种功能与性能，现有已经公布的控制系统无法满足静力精确加载模拟装置的控制需求，需专利技术一种满足使用需求的控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，可有效解决现有的控制方法无法实现全载荷域柔顺控制、不具备失载安全控制功能的问题，满足静力精确加载模拟装置对全载荷域高精度加载卸载曲线控制、柔顺控制、安全控制的要求，以实现静强度准确可靠高效评价。为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：本专利技术的一种静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，主要包括应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的设计方法、应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的总体设计实现方法、应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的中央处理器系统设计方法、应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的连锁互锁控制方法、应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的失载下安全控制方法、应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的检测系统设计方法、应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的下行回程控制方法、应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的加载卸载与补载控制算法。具体的，本专利技术中应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的设计方法主要包括以下内容：本专利技术的加载力控制系统被设计为至少具备液压泵三相异步驱动电机的电力驱动功能，具备电源能级转换与交直流电源转换功能，具备设备启停许可控制，具备多地急停安全控制，具备操作地选择与互锁功能，从而实现基本的电力驱动主回路功能、电气回路基本功能与安全互锁功能；同时，本专利技术的加载力控制系统还被设计为具备液压换向阀的开关逻辑控制功能，具备液压比例流量阀和比例溢流阀的模拟量控制功能，从而实现静力驱动液压装置的控制功能；为了满足加载模拟装置对负荷控制、形变控制的需求，本专利技术的加载力控制系统被设计为具备压强、负荷、位移、形变的测量功能；同时，本专利技术的加载力控制系统中，采用软件程序设计替代硬件线路复杂连接，控制算法采用软件方式实现，操作方法以计算机软件操作模式为主，即采用可编程逻辑控制器+工业控制计算机操作组态软件的控制系统设计模式，从而满足加载模拟装置组成复杂且多点布置、控制要素多、安全控制需求多、控制算法要求高的特点。具体的，本专利技术的应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的总体设计实现方法，具体包括以下内容：首先，本专利技术的加载力控制系统的物理组成上包括了电气控制柜、液压站控制触摸屏、近地防爆控制操作箱、远程控制计算机；功能单元上主要由可编程逻辑控制器、工业控制计算机、计算机操作组态软件、触摸屏、工业以太网与基本电气系统组成，远程控制计算机、触摸屏、可编程逻辑控制器之间通过工业以太网通讯方法实现通讯；其中，电气控制柜主要实现各种控制元件的安装与线路连接，是形成控制功能的硬件基础；电气控制柜安装了加载模拟装置总控制开关、电源转换器件、电机控制回路、可编程逻辑控制器部件与回路与安全检测回路等；加载模拟装置总控制开关的控制按钮用于实现所有操作的允许许可功能，只有控制电源接通后所有的动作才能启动，断开控制电源后设备的所有动作均禁止；急停控制回路用于实现控制液压泵站、近地操作箱、远程计算机三处的急停工作；近地防爆控制操作箱采用防爆型机械操控箱，用于在加载装置现场操作加载机，可实现加载机基本的上行、下行、加载、卸载以及急停、操作地选择等功能；液压站控制触摸屏则采用行业内常用的触摸屏组件，具备参数输入、操控输入、状态显示等功能，触摸屏需通过工业以太网与可编程逻辑控制器建立连接；触摸屏主要实现液压驱动系统各个电机液压泵、液压阀等部件的单动功能，用于调试与设备功能优化；可编程逻辑控制器采用行业内成熟的具备工业以太网通讯功能、可提供足够通道数的数字输入与输出接口及模拟输入与输出接口的控制器组件；本方法中通过可编程逻辑控制系统与控制软件完成所有的逻辑控制、先进智能控制算法、安全控制，可编程逻辑控制器是整个控制系统的中枢系统；远程控制计算机上运行有计算机操作组态软件，用于向可编程逻辑控制器发送控制指令；工业控制计算机至少具备i3或相当i3的处理器、具备以太网网卡功能，工业控制计算机与可编程逻辑控制器实现工业以太网通讯；计算机操作组态软件选用行业内成熟的组态软件，比如：国产的亚控Kingview或西门子的Wincc等，计算机操作组态软件至少需具备所选用的可编程逻辑控制器的通讯驱动，方便各个变量与可编程逻辑控制器里的变量建立映射连接。具体的，本专利技术中应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的中央处理器系统设计方法，具体包括：中央处理器采用可编程逻辑控制器，被设计为至少需具备数字开关量输入与输出、模拟变量的输入与输出功能，以实现逻辑控制信号输入、各种监测信号输入、泵阀指示灯等逻辑信号输出、检测传感器等模拟信号输入、比例阀控制信号等模拟信号输出等功能；中央处理器运行下位机控制软件，包括：操作地连锁、手动下行回程、手动加载卸载、非线性速度补偿、单动控制、全自动控制、失载保护、传感器检测与校正、安全控制、补压、溢流阀控制与流量阀控制等算法，完成所有的逻辑控制、检测功能、安全控制功能与载荷控制算法等功能；其中，逻辑控制信号输入包括了硬逻辑信号和软逻辑信号，主要实现单动动作、手动动作、自动动作的启动与停止等功能；硬逻辑信号包括：加载模拟装置近控操作指令、远控操作指令；软逻辑信号包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，其特征在于，包括应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的设计方法、加载力控制系统的总体设计实现方法、加载力控制系统的中央处理器系统设计方法、加载力控制系统的连锁互锁控制方法、加载力控制系统的失载下安全控制方法、加载力控制系统的检测系统设计方法、加载力控制系统的下行回程控制方法、加载力控制系统的加载卸载与补载控制算法。

【技术特征摘要】
1.静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，其特征在于，包括应用于大吨位安全型材料力学强度测试的静力精确加载装置的加载力控制系统的设计方法、加载力控制系统的总体设计实现方法、加载力控制系统的中央处理器系统设计方法、加载力控制系统的连锁互锁控制方法、加载力控制系统的失载下安全控制方法、加载力控制系统的检测系统设计方法、加载力控制系统的下行回程控制方法、加载力控制系统的加载卸载与补载控制算法。2.根据权利要求1所述的静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，其特征在于，所述加载力控制系统的设计方法包括：所述加载力控制系统被设计为至少具备液压泵三相异步驱动电机的电力驱动功能，具备电源能级转换与交直流电源转换功能，具备设备启停许可控制功能，具备多地急停安全控制功能，具备操作地选择与互锁功能，具备液压换向阀的开关逻辑控制功能，具备液压比例流量阀和比例溢流阀的模拟量控制功能，具备压强、负荷、位移、形变的测量功能。3.根据权利要求2所述的静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，其特征在于，所述加载力控制系统中，采用软件程序设计替代硬件线路复杂连接，控制算法采用软件方式实现，操作方法以计算机软件操作模式为主，即采用可编程逻辑控制器+工业控制计算机操作组态软件的控制系统设计模式。4.根据权利要求2所述的静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，其特征在于，所述加载力控制系统的总体设计实现方法具体包括以下内容：加载力控制系统的物理组成上包括了电气控制柜、液压站控制触摸屏、近地防爆控制操作箱、远程控制计算机；功能单元上主要由可编程逻辑控制器、工业控制计算机、计算机操作组态软件、触摸屏、工业以太网与基本电气系统组成；远程控制计算机、触摸屏、可编程逻辑控制器之间通过工业以太网通讯方法实现通讯；所述电气控制柜用于实现各种控制元件的安装与线路连接，电气控制柜至少安装了加载模拟装置总控制开关、电源转换器件、电机控制回路、可编程逻辑控制器部件与回路与安全检测回路；所述近地防爆控制操作箱采用防爆型机械操控箱，用于在加载装置现场操作加载机，可实现加载机基本的上行、下行、加载、卸载以及急停、操作地选择功能；所述液压站控制触摸屏采用具备参数输入、操控输入、状态显示功能的触摸屏组件，液压站控制触摸屏通过工业以太网与可编程逻辑控制器建立连接；液压站控制触摸屏用于实现液压驱动系统各个电机液压泵、液压阀部件的单动功能，用于调试与设备功能优化；所述可编程逻辑控制器采用具备工业以太网通讯功能、可提供足够通道数的数字输入与输出接口及模拟输入与输出接口的控制器组件；所述远程控制计算机上运行有计算机操作组态软件，远程控制计算机用于向可编程逻辑控制器发送控制指令；工业控制计算机至少具备i3或相当于i3的处理器、具备以太网网卡功能，工业控制计算机与可编程逻辑控制器实现工业以太网通讯；所述计算机操作组态软件至少需具备所选用的可编程逻辑控制器的通讯驱动，方便各个变量与可编程逻辑控制器里的变量建立映射连接。5.根据权利要求4所述的静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，其特征在于，所述加载力控制系统的中央处理器系统设计方法具体包括：所述中央处理器采用可编程逻辑控制器，被设计为至少需具备数字开关量输入与输出、模拟变量的输入与输出功能；中央处理器运行下位机控制软件，包括：操作地连锁算法、手动下行回程算法、手动加载卸载算法、非线性速度补偿算法、单动控制算法、全自动控制算法、失载保护算法、传感器检测与校正算法、安全控制算法、补压算法、溢流阀控制算法与流量阀控制算法；中央处理器的逻辑控制信号输入包括了硬逻辑信号和软逻辑信号，所述硬逻辑信号包括：加载模拟装置的近控操作指令、远控操作指令；软逻辑信号包括：计算机组态软件中的逻辑控制信号、触摸屏的逻辑控信号；中央处理器的监测信号输入包括了电机控制回路元件、通断液压阀件的状态动作输入，主要用于实现加载模拟装置的故障智能诊断；中央处理器的检测功能被设计为包括了对传感器回路的信号进行处理，以获得传感器的实际值，功能上包括了：位移传感器、负荷传感器与压力传感器的检测功能；中央处理器的比例阀控制功能则被设计为通过下位机控制软件运行各种逻辑控制、安全控制与载荷控制算法实现，采用逻辑控制算法实现各种液压方向控制阀件的各种逻辑控制与安全控制，采用高精度曲线控制算法比例流量阀与比例溢流阀控制信号的计算实现载荷控制功能。6.根据权利要求5所述的静力精确加载模拟装置的加载力控制系统设计方法，其特征在于，所述加载力控制系统的连锁互锁控制方法具体包括：所述加载力控制系统被设计为包括近地、远程与泵站三地操作互锁功能、下行与回程的互锁功能、快速运行与慢速加载的互锁功能、超位移超载荷保护功能；所述近地、远程与泵站三地操作互锁功能的实现方法为：被设计为任何时候只有一地可以操作，且操作的优先级别是：近地优先，泵站次之，远程最低；所述下行与回程的互锁功能的实现方法为：加载力控制系统的硬件与下位机控制软件被设计为需同时保证上行与回程不能同时动作；其中，计算机操作组态软件需开放下行目标位移设定功能，下行目标位移数据根据被加载材料的尺寸确定，下位机控制软件需设计下行目标位移，到达指定位移下行...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓辉，曹志伟，范玉德，温茂萍，周红萍，付涛，王政炜，袁伟，董天宝，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51