| 品牌：BOSCH | 規格：全新 | 材質：原裝 |
| 產地：其它 |
BOSCH CNC 060668-101401
控制與數據採集係統功能與硬件搭建
控制與數據採集係統需要監視液壓油源、高壓水加壓泵站和高壓氣加壓泵站三者的工作狀態，控制試樣所受軸向載荷、側向彎曲、內壓及外壓的大小和加載速率。係統需要控制的子係統和部件如圖2所示。
液壓油源中的電機帶動柱塞泵或齒輪泵提供動力。換向閥起通斷開關作用。溢流閥調節係統壓力，溢流。伺服閥控制軸向載荷大液壓缸和兩個側向彎曲小液壓缸。伺服閥通過調節液壓缸兩腔壓力，實現載荷或位移閉環控制，為試樣施加軸向載荷及側向彎曲載荷。同時，油源上還裝有油箱液位傳感器、溫度傳感器。大液壓缸兩腔裝有壓力傳感器。所有管路連接油箱的吸油、回油口都裝有帶數字信號反饋的油濾。
高壓水加壓泵站與高壓氣加壓泵站類似。兩個電控調壓閥分別調節泵頭入口壓縮空氣壓力和卸壓閥壓力，從而控制試樣內壓和外壓的升降。多個電磁閥分別控制泵的開關與保壓氣控閥通斷。監控傳感器反饋入口壓縮空氣壓力和管路內壓力，保證泵站。
除去控制上述執行元件外，係統還需要採集試驗過程中試樣的壓力、力、位移、應變、溫度等傳感器反饋信號。
控制與數據採集係統
高壓氣加壓泵站
高壓水加壓泵站
液壓油源
圖2 控制子係統與部件圖
如上所述，控制與數據採集係統需要同時具備模擬量輸入和輸出（AI和AO）、數字量輸入和輸出（DI和DO）以及多物理量數據採集通道。復合擠毀試驗載荷大、壓力高，試驗危險性強，要求控制與數據採集係統安裝位置盡量遠離危險源且工作穩定性高。
考慮到上述因素，在係統搭建中採用基於NI PXI-E平臺的集中式控制與數據採集方式。將控制與數據採集係統的所有硬件安裝在一臺現場主控制櫃中。控制櫃位於試驗地坑角落中，距離試樣8米左右。主控制櫃中的PXIe-1082 8槽3U機箱通過PXIe-8375x4和PCIe-8375x4 MIX卡連接30米光纖與控制室內的工業控制計算機通訊，實現遠程操控。這種架構方式有以下三個優點：
（1）試驗過程中人員性高。試驗中操作人員處於控制室中，與試樣直線距離超過20米。
（2）保證係統硬件。控制與數據採集係統的所有硬件安裝在現場主控制櫃中。與分布式控制與數據採集方式相比，雖然增加了主控制櫃內接線工作量，但減少了軟件接口，同時降低了因執行機構失控造成係統硬件損壞的概率。
（3）數據穩定性提高。試驗中多數傳感器安裝在試樣上，如果數據採集係統距離試樣太遠，傳感器連接導線過長，幹擾和噪音會影響信號質量。特別是試驗機液壓油源中配有大功率電機和變頻器，多個傳感器反饋信號為毫伏級電壓，更會加劇長導線的影響。因此，主控制櫃放置在試驗地坑中而不是控制室內。而主控制櫃中的PXIe機箱通過MIX通訊卡和光纖與控制室內的工業控制計算機連接，數據傳輸速度快且穩定性高。
除去上述優點，這種架構方式需要注意的是MIX通訊卡與工業控制計算機的兼容性。
板卡選擇中，僅選用以下4種6塊板卡即可滿足係統控制和數據採集通道需求：
PXIe-6363 X係列多功能卡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伏數字I/O和4路32位計數器。係統中使用正負10伏模擬輸入功能接入所有執行子係統監控傳感器信號，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壓閥等執行元件。5伏數字I/O和32位計數器功能未使用。
PXI-6515數字I/O卡1塊。這是一塊32通道24伏工業數字I/O卡，它的數字輸出功能用來控制所有中間繼電器通斷，根據試驗步驟開啟或關閉電機、泵及所有閥件；數字輸入功能收集油濾、緊急停止按鈕的狀態信號。
PXIe-4330應變與橋路傳感器數據採集卡3塊。該數據採集卡集傳感器供電與信號調理、採集於一體，能為傳感器提供0.625伏到10伏的供電。這一供電範圍涵蓋了應變採集常用的2伏和3.3伏以及壓力傳感器常用的10伏，使係統無須再為傳感器另配線性電源。3塊採集卡中的1塊8個通道用來採集液壓缸兩腔壓力和試樣內壓及外壓，同時為外接位移傳感器和力傳感器預留通道。剩餘2塊採集卡實現16通道1/4橋應變高速同步採集（採樣頻率高達25kHz）。
PXIe-4353熱電偶數據採集卡1塊。這塊採集卡含有32個採集通道，其中8個通道內置冷端補償。採集卡支持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，因此高90Hz的採樣頻率也足以滿足使用需求。
四、軟件實現與現場成果
軟件編寫中，充分利用了LabVIEW 2011 軟件開發平臺的並行處理特長，令以下三個循環同時運行：
（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據採集循環；
（2）前面板操作響應循環；
（3）界面顯示與刷新循環；
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並行運行，保證執行機構能夠同時給試樣施加軸向載荷、側向彎曲以及內壓和外壓。
軟件主界面如圖4所示。進入軟件主界面後，係統自動檢測板卡狀態。這部分功能利用板卡驅動編寫。如果板卡狀態異常則鎖定界面，使後續操作無法完成，保證試驗。
圖4 軟件主界面
其後開始試驗參數配置。配置過程包括輸入試樣信息、傳感器配置、載荷步驟設置（如圖5）、應變與熱電偶採集配置等。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 載荷步驟設置
試驗參數配置完成後，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，保存數據文件和配置文件，便於數據回放和下次調用。開始試驗後，彈出液壓係統、高壓水加壓係統、高壓氣加壓係統監控界面，如圖6至圖8所示。界面上包含所有執行元件的啟停開關與工作狀態，以及監控傳感器的反饋值，替代了硬件指示燈、按鈕以及傳統的二次儀表。
圖6 液壓係統監控界面
圖7 高壓水加壓係統監控界面
圖8 高壓氣加壓係統監控界面
試驗結束後進入數據回放界面（圖9），能夠查看試驗數據並完成簡單的數據分析和導出。
圖9 數據回放界面
PXIe-1082 8槽3U機箱在現場主控制櫃內的安裝如圖10和圖11所示。考慮到機箱發熱較大，將其安裝在主控制櫃頂部，並且在控制櫃側板安裝外挂式空調。
圖10 現場主控制櫃實拍圖片
圖11 PXIe-1082機箱在主控制櫃內安裝圖
五、總結
使用NI PXI-E平臺完成了石油管復合擠毀試驗機的控制與數據採集係統搭建。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據採集係統，滿足係統整體穩定性要求。軟件方面，利用LabVIEW 2011 軟件開發平臺的並行處理特長，完成多物理量並行閉環控制和數據同步採集。
這一基於NI PXI-E平臺的集中式控制與數據採集係統作為試驗機的心臟，強有力的支撐著石油管復合擠毀試驗機穩定、運轉。同時，這一應用方案在石油裝備領域具有示範意義，有助於NI PXI-E平臺在石油行業的推廣。嵌入式計算機模塊與單板計算機廠商德國康佳特科技（congatec AG，以下簡稱康佳特），於2014年11月26日舉行中國媒體見面會。康佳特於2014年深入布局中國與亞洲市場，總裁格哈特 艾迪（Gerhard Edi）表示，期許公司在2020年成為前五大嵌入式計算機解決方案供應商。公司十年經營戰略將由創始時的嵌入式標準產品(COMExpress, ETX/XTX,Qseven)延伸擴增SBC（Single Board Computer）與EDMS（Embedded Design & Manufacturing Service）定制化服務，讓客戶能享有快速、專業且可靠的嵌入式技術。
康佳特總裁格哈特 艾迪（Gerhard Edi）期許公司在2020年成為前五大嵌入式計算機解決方案供應商。
康佳特亞太區總裁趙克中表示，在深厚的嵌入式計算機模塊設計專業與經驗、1支持客戶各種技術平臺需求與縮短上市時程的使命下，康佳特有信心能持續技術與產品創新，並鞏固其技術者的市場地位。2014年康佳特產品銷售額達到8,000萬美金，其中泛歐市場比重高達68%，美洲與亞太市場各貢獻13%與19%，不過中國市場成長快速且需求龐大，中國上海總部成立後，康佳特在中國各區合作夥伴的大力支持下可望進一步伸展拳腳，與客戶協力開發更多新方案與應用，樂觀看待未來業績成長。
康佳特亞太區總裁趙克中表示，中國上海總部成立後，在中國各區合作夥伴的大力支持下可望進一步伸展拳腳，與客戶協力開發更多新方案與應用，樂觀看待未來業績成長。
亞太區副總裁林文彥則指出，康佳特在穩健技術的支持下，嵌入式計算機方案應用已囊括運輸、工業、醫療、零售、以及建築設施等產業，成功案例包括採用Intel架構設計的COMExpress Type 6模塊，應用於診斷準確性的醫療設備，還有採用AMD處理器的Qseven模塊，應用於機器手臂等工業自動化設備，另外採用飛思卡爾處理器的Qseven模塊則應用在城市的智能交通控制係統。由於康佳特產品且兼容性高，在2014年也成功進入其他應用如數字標牌、測試度量、電信設備等應用產業。
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