基于工業自動控制的土工壓縮試驗自動系統

韓 英，顧永清

(中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧總隊，遼寧 沈陽 110004)

基于工業自動控制的土工壓縮試驗自動系統

韓 英，顧永清

(中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧總隊，遼寧 沈陽 110004)

利用工業自動控制系統設備組建自動土工壓縮試驗系統，通過編制控制軟件進行土工壓縮試驗的自動控制。

自動控制；土工壓縮試驗；控制軟件

1 前言

隨著計算機技術及自動控制設備的迅速普及，使得自動化控制逐漸深入到各個領域，從大型的工廠自動化逐漸應用到工程機械、試驗儀器設備等眾多領域，極大地改善了工作人員的勞動強度，減少了人為誤差，提高了試驗數據的準確性和可靠性。

巖土工程試驗中的常規土工壓縮試驗，需要試驗人員每隔1h對土樣壓縮的位移進行讀數記錄、計算，根據計算結果的位移差值，不定期增加土樣壓力砝碼，勞動強度大，時間長，既簡單又枯燥，同時由于試驗的連續性，需要試驗人員長期堅守，計算大量的枯燥數據，頻繁的砝碼裝卸，更使得試驗人員身心疲憊，這大大地增加了試驗人員造成讀數、計算誤差的機率。

基于以上情況，為了改善工作人員的工作條件，減少人為誤差，依托現有工業自動化控制設備和軟件，以及計算機強大的計算和通訊技術，結合先進的光柵微位移檢測數據傳輸技術，對土工壓縮試驗系統進行自動化改造設計。

2 系統特點

系統特點如下：①試驗整個過程中，各種數據的采集、記錄自動進行；②土樣升壓、穩壓過程全自動進行，不需人工干預；③采用高精度光柵位移百分表，直接轉換成數字信號傳輸，精度高，不存在傳輸誤差和靜態漂移；④土樣加壓采用高強度低阻力氣缸，壓力大，體積小，重量輕；⑤運行過程中各種數據可隨時查詢，并可生成曲線進行分析、比較；⑥能自動生成EXCEL格式的試驗結果和實時數據報表，并按試驗結束時間自動存儲；⑦土工壓縮試驗在開始試驗后，自動連續進行，試驗完成后自動停止加壓，并發出音響報警，提示工作人員卸樣，加下一組試樣；⑧整套試驗系統較常規試驗系統，重量大大減輕，由于采用模塊化設計，系統拆裝方便，適合移動、重新組建。

3 系統結構特點

3.1 系統整體結構

整套試驗系統按設計結構可分為軟件系統和硬件系統構成，其中軟件系統由：通用系統監控組態軟件、VB光柵百分表數據接收軟件、PLC可編程控制軟件構成；硬件系統由氣泵、32套加壓氣缸組件、32套土通用土工壓縮銅制結構件、32個數顯光柵百分表、西門子S7-200可編程控制器、4臺壓力變送器、脈沖氣壓控制電磁閥及緩沖氣瓶等構成，系統結構見圖1。

圖1 系統結構

每套試驗系統同時可進行4組土樣檢測，每組可檢測8個土樣，當一組中所有土樣在試驗壓力下位移全部穩定在規程規定范圍內，系統自動升壓，當升壓到下一檢測壓力，自動穩定在該壓力下進行測試試驗。系統整體結構布局見圖2。

3.2 系統運行軟件及功能畫面

(1)系統監控軟件組成結構。

自動土工試驗監控系統軟件結構分為啟動、初始設置、每組監控操作畫面、每組試驗結果報表畫面、每組運行實時記錄報表畫面以及運行歷史數據查詢和運行歷史趨勢分析等，軟件組織流程結構見圖3。

(2)系統軟件實際監控主要畫面。

監控系統啟動畫面見圖4。

系統初始設置畫面見圖5。

3.3 監控系統結果存檔文件

在本系統中，試驗成果表中試驗結果數據在每個壓力穩定后，自動記錄填入表內，表中工程名稱和土樣編號在運行過程中工作人員可隨時手工輸入，這樣便于工程管理。試驗成果表和實時報表的文件存檔分為手工存檔和自動存儲，手工存檔可在報表畫面中按相應人工存儲按鈕來存儲，一組土樣檢測完后或在系統人為退出時，系統自動生成以存儲時間命名的EXCEL表格的文件，存于計算機D盤的D:土樣檢測結果第*(1-4)組目錄下，以便于文件查閱和數據查詢。

這種設計，極大的避免了因人為誤操作導致的試驗數據丟失問題，也極大的方便了工程技術人員更好的對土樣試驗全部過程的了解，為一些特殊土樣的準確判斷，提供了可靠的數據依據，使試驗結果更加準確、可靠。

4 結語

自動土工壓縮試驗監控系統設計先進，自動化程度高，將實驗人員從繁瑣的人工勞動中解放出來，提高了試驗數據的可靠性。歷史數據記錄和查詢功能，可以讓工程技術人員更好地分析試驗數據，以便準確判斷土樣特性；歷史趨勢分析功能，為工程技術人員提供了多個土樣特性對比分析環境，為綜合判斷地層變化提供了直觀比較手段；通用的EXCEL結果數據文件存儲，為試驗數據同其他工程軟件共享提供了良好基礎。

TU411.5

A

1007-9386(2010)02-0063-02

2009-11-30