326微机控制电液伺服土动三轴试验机软件.doc

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微机控制电液伺服土动三轴试验机软件

使用说明书

力创计量仪器
2007年--------------------------------------------------------------------
地址：市高新新区创业新大陆F3B座 ：710065
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目 录
第一章测量控制系统概述3
第二章使用环境要求4
第三章软件操作5
一、软件说明5
二、操作流程10
1.加电前10
2.开机10
3.关机11
三、传感器调零与标定11
1.调零11
2.负荷标定11
2.孔压围压的标定12
3.位移标定12
四、控制参数调整12
五、数据文件的建立13
六．试验结束的几种情况：14
七、试验步骤14
1.开机14
2.试样安装14
3.设置参数15
4.固结前准备15
5.固结加载15
6.计算排水量16
7.开始试验16
8.卸样16
9.关机16
八．数据分析16
九.试验举例17
1.动强度试验的单个试验举例。17
1.阻尼比试验试验举例18
3.静态试验举例20
附：注意事项与问题处理22

第一章 测量控制系统概述

该控制系统是专门用于动三轴试验机的测量控制系统，采用高精度AD转换器和先进的电子电路控制技术，放大电路，陷波电路去掉50H工频干扰，模拟地震波在正弦波、三角波、方波、梯形波状态下的动态试验，高速数据采集器可定时采样轴力、孔压、位移等工程量，采样时间间隔可设定，确保采样数据有效，完善的全自动的数据处理系统，多单片机作为前台机进行数据采集，后台机采用系统计算机进行操作、显示、数据处理和报告输出等。具有应力、应变全数字闭环控制方式，是岩土、水利、基建等工程试验的理想设备。

本微机控制动态试验系统，在Windows系统下运行，优化设计的测量控接口，高速高分辨AD转换器，自动闭环跟踪测量, 精选世界著名品牌集成电路器件，高精度测量放大器和梳状滤波技术，确保了测量精度和系统的稳定性、可靠性。电气、机械多重保护与自诊断系统，能定时对测量系统、伺服驱动系统进行巡回自检,充分保证了试验机安全、可靠运行。

第二章 使用环境要求

1.室温10ºC--35ºC围;
2.环境相对湿度小于80%围;
3.在无振动无明显电磁干扰的环境中;
4.电源电压为三相交流380V/50Hz，AC220V/50Hz电压波动围不超过额 定电压的10%；
5.有专用接地端子。
6.附近有每分钟不少于10升的冷却水源;
7.防尘、周围无腐蚀性介质。

第三章 软件操作

一、软件说明
软件可运行于win2000,winxp等系统下，实时采集数据和控制设备运行。主要有传感器数据显示、波形图形显示，控制调节，试验运行，PID调节，参数设置，试验方案编辑、传感器标定，数据处理等组成。可满足多种动态、静态、固结试验。
1.程序主界面：

布置区域介绍如下：
标题区：最上行，该行显示程序标题和打开的项目（工程）

菜单区：从上第二行,其中“文件”、“设置”、“显示”为常用项目。

文件：包括新建、打开试样文件等。
设置：用于输入试验参数，试样参数，编辑试验方案等。
标定：用于标定各传感器参数，使传感器测量显示准确。
显示：调整显示窗口，切换显示图形界面，固结界面，状态指示界面等。
工具：附带的计算用小工具；
帮助：打开帮助文件，厂家联系方式；
传感器采样数据显示区：在界面的左首；实时显示所有传感器数据；负荷、变形、小变形、次数、围压，孔压等。
图形区：在屏幕的中间位置，显示工程量-时间曲线或应力-应变曲线，具有放大缩小，自动坐标等功能。当切换切换显示图形界面在该区域可显示固结界面，状态指示界面等。
控制调节区：在窗体右上方，用于设定或调整静态给定值、动态给定幅值、控制方式的转换，是最常用的操作区。通过鼠标拖动、点动，方向键等控制滑块位置调整平均值或幅值。操作时根据不同的需要选择调整方法，如要大围的调整可用鼠标拖动滑块，微调时可用鼠标点动或方向键来控制。每点动一下或按一次方向键后稍等片刻可进行更细微的调整。要注意不同控制方式的区别，试验前各种操作通常为位移（变形）控制，负荷、围压控制通常在试验中使用。
运行区：在控制调节区下方是运行区，试样的固结信息，试验的“开始”，“停止”，次数、振幅等的调整都在此处。
2. 参数设置区：
按菜单的[设置]按钮，有常规参数设置，试验方案设置，固结方案设置。
常规参数设置中提供原始试样参数的输入，注意试样尺寸可选择输入周长或输入直径。静态试验结束条件用于静态试验时自动停机判断，可根据需要进行设置，如选中应变条件输入“10”表示当静态试验加载到应变10%时停止。动态试验结束条件用于动态试验自动停机判断，有孔压上升条件和变形条件。如K1值输入“0.95”并选中该条件表示当动态试验时孔压上升到围压的95%时停止；K2值输入“0.3”并选中该条件表示当动态试验时变形达到固结后高度的30%时停止。固结结束条件通常可设置时间条件。
常规参数设置中的系统参数，用来设置保护参数、单位选择，数据存盘间隔等。保护参数在试验中试验与设备起保护作用。负荷、围压，位移保护的设置应不大于所用传感器的量程，满足试验需求即可。静态试验、固结、保持时存盘间隔可设置稍长一些。动态试验存盘间隔设置可跟据试验频率而设，频率低间隔可设长，频率高间隔要设短（最小为2ms）一周期可保存20个左右的数据即可，通常可设为20ms。波形数据文件用于做常规试验波形以外的试验。
3.固结方案的设置区：

固结方案用于试样固结控制。可设置固结级数、围压、固结比Kc、加载时间、固结时间等。输入修改参数口令后，点击按钮后可设置固结参数。在固结参数设置中输入固结级数，在参数项中设置围压，固结比Kc、加载时间、固结时间，选择不同级数分别设置和查看该级固结参数。设置好各级参数后点击按钮，可将该方案存为固结方案文件，以便今后调用。

4.试验方案设置区：
试验方案用于试验控制分为动态和静态。动态方案可设置试验级数、动态幅值、频率、次数等。输入口令后，点击按钮后可设置试验方案参数。在轴向波形与侧向波形参数设置中输入级数，在参数项中设置波形（可选择正弦波、三角波、方波、斜波等波形），控制方式（负荷、变形等）、频率、次数、相位、幅值等设置当前级试验参数，点击按钮可确认数据和切换当前级数（如显示表示当前级数为第一级），切换当前级数分别设置和查看该级试验参数。设置好各级参数后点击按钮，可将该方案存为试验方案文件，以便今后调用。

对于静态试验只须设置好控制方式（变形、负荷等），试验速度（mm/min或N/min）即可。
二、操作流程
1.加电前
1.1确认电源电压正常;
1.2.确认油源调压阀旋回到零位;
1.3.确认安全保护按钮处在未按下的状态.
2.开机
2.1打开计算机，打开控制器电源开关;
2.2启动试验程序,调整控制方式与给定值，预热;
2.3开油源;
2.4进行其他调整与试验操作。
3.关机
3.1卸压，关闭油源电源开关;
3.2退出试验软件;
3.3关闭控制器;
3.4关闭计算机;
三、传感器调零与标定
1.调零
调零按钮在相应工程量显示窗口的右下侧，按下调零按钮自动调零。
负荷调零：按下负荷调零按钮自动调整到零负荷（应在传感器不受力的状态下清零,可多次点击至负荷接近零值）。注意：在负荷控制时不允许对负荷进行调零，否则对式样或设备会造成不可预测的危险，程序中已自动保护。
上、下孔压与围压调零方法同负荷调零。
位移传感器通常不用调零，零点固定在中间位置。
按[标定]键，弹出口令菜单，输入标定口令后，屏幕弹出标定窗口。传感器标定原理都是一样的，将事先测量出的标准值和计算机显示值分别输入到相应窗口，按[标定有效]按钮就实现了传感器的自动标定。警告：[标定有效]键只能用单击按一次即可，不能按多次或双击！
退出标定程序。注意，标定完成后的参数存在配置文件中，请将该标定文件备份，妥善保存。一但出现错误设置，只需将配置文件拷贝到工作目录，重新装入该配置文件就恢复正常了。
警告：不要直接修改配置文件中的参数，操作错误直接影响控制与实验数据。

2.负荷标定
在负荷传感器无压力情况下，进行负荷清零。标准测力装置放在上下压头之间，缓慢操做加力，观察负荷显示值和标准测力装置差值是否大于1% ，大于1%就需要标定

点击“标定”菜单，输入密码，选择负荷项，输入标准值和显示值，点击“标定有效”后再点击“确认”，负荷标定完成。
2.孔压围压的标定
孔压、围压清零，使孔压和围压连通，将压力罩旋紧，注满水，关闭排气阀。施加围压，读记围压表的标准值和显示值， 点击“标定”菜单，输入密码，选择围压标定项，输入标准值和显示值，点击“标定有效”后再点击“确认”完成围压标定，同样再选择孔压标定输入标准值和显示值，点击“标定有效”后再点击“确认”完成孔压标定
3.位移标定
位移传感器的位移量是±50mm，零点是固定的，所以不可清零， 将百分表支在试验轴上(或尽量靠近轴且与轴连接的平面上)，读记百分表上的起始读数和动三轴试验窗口中“位移”显示框中的数值，改变轴向位移，待稳定后，将百分表读记的位移作为标准值和位移传感器显示值的相对位移作为显示值，点击“标定”菜单，输入密码，选择“位移标定”，输入标准值和显示值，点击“标定有效”后再点击“确认”，完成位移标定（若显示只值再误差围则不需标定）。

四、控制参数调整
伺服控制中的比例、积分、微分参数调整是比较重要的一个环节，我们通常称为PID调节，本系统的PID参数全部设置在屏幕面板上， 比例P的作用是控制误差量的大小，通常比例参数太小，系统不容易达到设定的控制载荷；参数太大，系统容易震荡，其调节根据系统的实际工作状态决定，一般情况该参数在控制允许的围里尽可能的小一点。通常量程大时参数可大一些，量程小时，该参数应更小一些；
注意：在PID调节中，P的调节是至管重要的。
积分I引入后可以增加系统的稳定性，但在负荷开环的状态应使积分无效。微分D可以增加系统的响应速度，该值太大也容易引起系统工作不稳定。
这几个参数通常是在试验中摸索出来的，对同一类试样，这些参数基本可设定为一样的值；程序设计中，在各种控制方式和各种量程下的参数是分别保存的，切换量程或改变控制方式时，PID参数自动改变为新的参数

PID参数出厂时已调好，用户一般不需要再调节。
五、数据文件的建立

在[文件]菜单选择[建立一个新工程]或[打开一个已存在的工程]，文件名程序默认当前日期、时间作为文件名，建议将同一项目的数据放在一个文件夹中（如在“data”目录下建立项目名称，然后新建的该项目的数据文件保存于此），以方便今后查找与数据处理，文件名选择好后,自动弹出设置菜单，继续输入试验参数,设置菜单中按[确认]后设定参数自动有效并存盘。试验人员应记录试样信息，数据文件名，时间等信息以便今后查找计算。
动态数据保存为“*.csvlc”文件中，静态数据保存在同名的“*.mdb”access数据库中的“静态数据”表中。
六．试验结束的几种情况：
1.人为手动停止试验；
2.设定次数到自动停止试验；
3.设定试验条件达到自动停机；如：U>k1*sgm3 H>k2*Hc等条件
4.超过设定保护条件自动停机；
七、试验步骤
1.开机
打开电脑，打开控制器，打开控制软件，在参数选项中选择“动态试验”；将调整部分改为变形、位移控制，并使传感器显示值与给定平均值一致（以防开油源时侧向活塞突然升高，侧向岗中水喷出）。预热15～30分钟。开油源，按“启动”按钮，10秒后按下“高压”按钮，然后缓慢调整压阀（油源）至5～6Mpa（可根据需要调更高），开冷却水。
2.试样安装
说明：试样的制备和饱和参见土工试验规程。试样饱和按照试验规程可以有多种方法，一般选用真空饱和，具体试验步骤见试验规程。如试验需要，可再进行反压饱和或者水头饱和。在控制区，调整轴向与侧向为变形、位移控制；拖动轴向平均值调整，使其居于左端适当位置以便装样；拖动侧向平均值调整至最左端以便加水时使水充满侧向缸。
进行负荷、围压、上孔压、下孔压清零，变形不清零。
将饱和好的试样套好橡皮膜，两端分别放滤纸、透水石，然后将两端的橡皮膜翻转。微开下孔压阀，使试样安装底座有一层水膜，将试样平推放在底座上，翻下下端橡皮膜，缠2－3条橡皮条，每条3－4圈（橡皮条先缠在底座上）。
升底座，确认轴向控制方式为变形控制，缓缓拉动轴向调整，右移，观察试样是否与上底座接触，快要接触时，鼠标点轴向调整使轴向缓缓上升，同时注意观察负荷传感器数值，使试样刚好接触上压头。
翻上端橡皮膜，微开下孔压阀，向试样中缓缓注入水，以赶出试样与橡皮膜之间的气泡，可使用刷子轻轻驱赶，当无气泡时，可抽出下孔压体变管中的水，然后关闭下孔压阀。
盖压力室，依次拧紧6个螺丝，打开压力室右侧的进出水开关（垂直为关，平行为开，其他开关类推），确保进水阀开，出水阀关。开进水阀，向压力室注水，为赶出气泡，可放慢进水速度。当压力室注满水时（上部排气阀出水）关闭进水阀和压力室右侧的进出水开关。拧紧排气阀。清理顶盖多余的水。
3.设置参数
调用固结参数，菜单区选择设置，选择固结方案，一般为围压、固结比、加载时间和固结时间，输入口令修改后另存在原目录下，再次调用。
菜单区选择设置，选择试验方案，一般为频率、次数、动态轴力等，选择静、动态试验, 输入口令，修改后另存在原目录下，再次调用。
打开固结方案，打开试验方案(否则默认为上次所用固结方案，试验方案)，新建文件夹，选择目录，输入文件名，如不输入，则默认为当前日期时间。
系统参数可设置单位，保护等，采样间隔可根据试验要求设置，一般为2～20ms，可选择是否记录孔压耗散。系统参数，一般不更改；
输入原始数据，包括密度、含水率、干密度等基本的指标；
4.固结前准备
根据提示，安装主机背后的小变形传感器，使其接触良好，使小变形数据显示在适当围以免在测量时超出测量围（若土样较软，加载时土样的变形较大，不易控制，有可能超量程），确认轴向为变形控制。可在侧向位置控制下缓慢预加围压至10kpa左右，侧向转为围压控制。
5.固结加载
点击，单击“下一步”，确认围压和固结比，单击“下一步”根据提示选择是否排水一般为不排水，然后单击“下一步”，加围压。围压加到后，自动进入加轴压过程（若加轴压时变形较大，可暂时跳过加轴压部分，记录上下孔压排水管高度，然后开上下孔压阀，再使轴向调整转为负荷控制，手动加轴向压力，然后开始固结）记录固结开始时刻。若有偏差可手动（使用键盘的方向键）稍加至设定值，
6.计算排水量
固结结束，记录上下孔压排水管高度，计算排水量，关闭上下孔压阀。7单击“下一步”，输入排水量，单击“下一步”。
7.开始试验
设置轴向和侧向的振动次数、幅值。（这一步可提前，但振前必须确认）。一般轴向振动，侧向围压的幅值为0，若只做侧向振动，轴向幅值为0；也可做侧向轴向同时振动试验。振动幅值视土样的软硬程度设定，一般要大于0.5倍的轴向应力，但是要低于轴向应力。单击“试验开始”，达到结束条件，则自动停止，也可人为停止（认为其达到破坏标准）
8.卸样
8.1 稍卸轴向和侧向压力，然后将轴向转为变形控制（可防止试样被过度挤压或拉伸），轴压、围压循环卸载，直至围压接近0。
8.2 打开排水阀，排气阀，放出压力室的水
8.3 打开压力室，卸样。清理现场。
9.关机
9.1 调油源，将压力调至0Mpa，按“卸压”，按“停止”（均为红色按钮），关冷却水。警告：严禁在关油源前关主程序与控制器。
9.2 退出程序，关控制器；关计算机，总电源。
做动强度试验（液化试验），要求在一个振级达到破坏标准，需要选择合适的振动幅值，可根据试样的软硬程度和经验选择，注意N和kpa的转换。做阻尼（动模量）试验，为分级加载，每一级的振动次数可设置在6～10次左右。
做静态试验要注意试验控制方式、速度的设置与“加载到”的计算。
八．数据分析

动态数据（强度与阻尼比试验数据）保存在*.csvlc数据文件中，固结数据与静态试验数据保存在access数据文件中。试验数据可导入excel中进行计算分析（计算分析时注意各量的单位，如时间单位s,负荷单位N,变形单位mm，围压、孔压单位Mpa），也可用“d3z.exe”进行计算分析。数据分析软件，按照国家标准的要求编制，容包括阻尼比实验数据分析和动强度的数据分析计算，实验图表的自动生成等；
九.试验举例
1.动强度试验的单个试验举例。
固结方案：围压0.1Mpa，固结比Kc=1, 固结120分钟；试验方案轴向负荷控制、正弦波、频率1Hz、幅值75N,1000次，侧向围压保持稳定。结束条件：孔压上升到围压的95%或变形达到10%.
1.1设置固结方案：固结级数设为1级，围压0.1Mpa,固结比1,加载时3分钟，固结时间120分钟。
1.2设置试验方案：输入口令后，点击进入方案设置。 级数设为1级、轴向负荷控制、正弦波、动态幅值75N、频率1、次数1000次等。侧向围压荷控制、正弦波、动态幅值0Mpa、频率1Hz、次数1000次，分别点击按钮可确认数据。
1.3排上下孔压管路中气体，安装试样。
1.4安装压力室：用手拖动压力室，对正止口，紧固螺钉，达到密封效果。
1.5加围压水：打开排气阀，开进水球阀，水由进水管缓慢流入压力室，排气阀有水溢出时，关闭排气阀和进水阀。
1.6放置好小变形传感器。
1.7新建试样文件，输入试样参数，动态结束条件结束条件。检查保护条件与存盘间隔的设置。检查和确认固结方案与试验方案数据。
1.8固结前采样，根据“下一步”提示进行固结加载。
1.9读记上下孔压排水管读数，缓慢打开上下孔压阀门，进行排水固结。
1.10固结时间到，计算排水量并输入。
1.11确认幅值与次数无误后点击试验开始按钮进入动态试验。
1.12观察试验运行状态，可等待试验次数到或结束条件满足自动停止，或自认为试验已结束点击停值按钮停止试验。
1.13实验结束，卸掉围压，排水，打开压力室，拆开乳胶膜，拆除试样。
1.14卸系统压力，停泵。试验数据数据查看和处理。退出控制程序，关控制单元电源，计算机。
1. 15将压力室各部分与附件清理干净。

1.阻尼比试验试验举例
固结方案：围压0.1Mpa，固结比Kc=1, 固结120分钟；试验方案轴向负荷控制、正弦波、频率1Hz，侧向围压保持稳定。结束条件：孔压上升到围压的95%或变形达到10%.
2.1设置固结方案：固结级数设为1级，围压0.1Mpa,固结比1,加载时3分钟，固结时间120分钟。
2.2设置试验方案：输入口令后，点击进入方案设置。 级数设为5级。
第1块： 轴向负荷控制、正弦波、动态幅值20N、频率1、次数10次。侧向围压荷控制、正弦波、动态幅值0Mpa、频率1Hz、次数10次.
第2块： 轴向负荷控制、正弦波、动态幅值35N、频率1、次数10次。侧向围压荷控制、正弦波、动态幅值0Mpa、频率1Hz、次数10次.
第3块：轴向负荷控制、正弦波、动态幅值50N、频率1、次数10次。侧向围压荷控制、正弦波、动态幅值0Mpa、频率1Hz、次数10次.
第4块： 轴向负荷控制、正弦波、动态幅值70N、频率1、次数10次。侧向围压荷控制、正弦波、动态幅值0Mpa、频率1Hz、次数10次.
第5块： 轴向负荷控制、正弦波、动态幅值85N、频率1、次数10次。侧向围压荷控制、正弦波、动态幅值0Mpa、频率1Hz、次数10次.
2.3排上下孔压管路中气体，安装试样。
2.4安装压力室：用手拖动压力室，对正止口，紧固螺钉，达到密封效果。
2.5加围压水：打开排气阀，开进水球阀，水由进水管缓慢流入压力室，排气阀有水溢出时，关闭排气阀和进水阀。
2.6放置好小变形传感器。
2.7新建试样文件，输入试样参数，动态结束条件结束条件。检查保护条件与存盘间隔的设置。检查和确认固结方案与试验方案数据。
2.8固结前采样，根据“下一步”提示进行固结加载。
2.9读记上下孔压排水管读数，缓慢打开上下孔压阀门，进行排水固结。
2.10固结时间到，计算排水量并输入。
2.11确认幅值与次数无误后点击试验开始按钮进入动态试验。
2.12观察试验运行状态，可等待试验次数到自动停止，确认幅值与次数无误后点击试验开始按钮进入下一级动态试验。如此重复至5级试验完成。
2.13实验结束，卸掉围压，排水，打开压力室，拆开乳胶膜，拆除试样。
2.14卸系统压力，停泵。试验数据数据查看和处理。退出控制程序，关控制单元电源，计算机。
2. 15将压力室各部分与附件清理干净。
3.静态试验举例
固结方案：围压0.1Mpa，固结比Kc=1, 固结120分钟；应变控制，0.5mm/min，结束条件应变12%.
3.1设置固结方案：固结级数设为1级，围压0.1Mpa,固结比1,加载时3分钟，固结时间120分钟。
3.2排上下孔压管路中气体，安装试样。
3.3安装压力室：用手拖动压力室，对正止口，紧固螺钉，达到密封效果。
3.4加围压水：打开排气阀，开进水球阀，水由进水管缓慢流入压力室，排气阀有水溢出时，关闭排气阀和进水阀。
3.5放置好小变形传感器。
3.6新建试样文件，输入试样参数，静态结束条件，应变12%。检查保护条件与存盘间隔的设置。检查和确认固结方案。选择静态试验，变形控制，速率0.5mm/min。确认
3.7固结前采样，根据“下一步”提示进行固结加载。
3.8读记上下孔压排水管读数，缓慢打开上下孔压阀门，进行排水固结。
3.9固结时间到，计算排水量并输入。
3.10计算80*12%=9.6(mm)，记当前变形传感器数值x，计算（x+9.6）的值输入加载到编辑匡，确认。
3.11确认无误后点击试验开始按钮进入静态态试验。
3.12观察试验运行状态，可等待试验结束条件到自动停止，或人为停止。
3.13实验结束，卸掉围压，排水，打开压力室，拆开乳胶膜，拆除试样。
3.14卸系统压力，停泵。试验数据数据查看和处理。退出控制程序，关控制单元电源，计算机。
3. 15将压力室各部分与附件清理干净。
动态试验结束后也可再进行静态试验，试验前要设置好静态试验参数，选中“有效时进行进静态试验”。
静态试验数据保在access中，可在access中查看或倒出到excel中进行查看或计算。

附：注意事项与问题处理
1． 不允许未开控制器与程序前开油源。
2． 油源运行中或试验中禁止关控制器。
3． 控制器先开后关（开控制器—打开程序---开油源---工作结束---关油源---关程序---关控制器）。
4． 发生异常应先关油源，压力降至最低位置，卸除动力。（若使用“急停”、”关油源，电机停止后应将调压旋钮逆时针旋转到零位，以防下次开启时油压骤升。启动前请复位“急停”开关，否则无法启动。
5、根据实验条件调整合适的油源压力以提高控制精度。
6、试验不能正常进行，检查参数设置如保护参数，结束条件，试验控制参数等
7.轴向与侧向不动作，检查油源压力是否过低，增益设置是否过小。
8.围压加载不上，检查压力室是否空气太多，侧向加水前活塞位置是否未落到底，导致围压水未充满侧向缸。
9应定期对控制器开机，每星期至少应开机3次，每次不少于2小时。
10.保持环境清洁.

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