基于組態王和SQL的土工合成材料各向異性直剪試驗操作系統研發

孫 貝,李 洋,劉 曉（山西省交通科學研究院,太原 030006）

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基于組態王和SQL的土工合成材料各向異性直剪試驗操作系統研發

孫 貝,李 洋,劉 曉
（山西省交通科學研究院,太原 030006）

摘 要：提出一種基于組態王和SQL的土工合成材料各向異性直剪試驗操作系統，實現了系統工作狀態實時監控、試驗數據實時監測、剪切性能參數的處理輸出等功能。結果表明，土工合成材料各向異性直剪試驗操作系統操作方便，試驗數據準確可靠，可指導直剪試驗的智能規范進行。

關鍵詞：組態王；SQL；各向異性；系統研發

1 前言

土工合成材料與土體界面的相互作用屬不同介質之間的問題，是當今巖土工程的熱點問題之一。筋-土界面上的摩擦阻力系數則是加筋土結構設計和分析的重要參數，性能參數的精準測量對實際土體加筋工程具有重要指導意義[1-2]。我院自主研發一套充分考慮土工合成材料力學性能各項異性的新型直剪設備，避免了現行規范中試驗測試值與土工合成材料實際受力特性嚴重不符的問題，有效地解決了土工合成材料工程應用中存在的安全隱患。同時，搭建一套基于組態王與SQL數據庫的直剪試驗操作系統，實現了系統工作狀態實時監控、特征數據實時顯示，數據及參數曲線輸出、存儲、查詢等功能，并對試驗數據進行處理，獲得了國家規范要求的土工合成材料剪切性能參數系列評價指標，計算結果準確可靠。

2 土工合成材料各向異性直剪儀介紹

直剪設備主要包括機械、氣動以及電氣控制三大系統，如圖1所示。機械部分主要包括機架、頂尖、回轉驅動、氣缸支撐架、上下剪切盒、直線導軌副等；氣動部分主要由氣缸、空壓機、閥體等組成；電氣控制系統主要由伺服電動缸、可編程控制器、傳感器、觸摸屏等組成。

本設備采用整體式機架，結構緊湊，系統剛度大、強度高，極好地降低了導軌變形率，為直剪性能參數的精準測量建立結構基礎。上剪切盒外部形狀采用正八邊形以便于頂尖定位、加強系統可靠性及可加工性，同時相較于四邊形、六邊形等形狀有效減小下剪切盒內徑，進而減小回轉驅動尺寸，降低整機尺寸及重量。高性能回轉驅動實現下剪切盒0～360°任意角度精確旋轉，實現土工格柵各向異性性能參數直接測量，完美解決了現行規范試驗測試值與土工合成材料實際受力特性嚴重不符的問題，同時回轉驅動具備自鎖功能以保證直剪試驗中剪切面不發生旋轉，保證直剪試驗準確。

采用氣動加壓結合數據實時采集模塊，對壓力進行實時調節，保壓時間高達2h且氣壓變化率≤0.1%，實驗過程壓力穩定確保試驗采集數據準確可靠。采用高精度伺服電動機與壓力傳感器聯合控制的方法，使剪切速度、剪切位移、剪切力得到精確控制，設備性能參數如表1所示。

3 直剪試驗操作系統

（1）系統功能介紹。直剪試驗操作系統用來指導操作人員安全高效、智能規范的開展土工合成材料剪切性能檢測，實現系統工作狀態實時監控、特征數據實時顯示及剪切性能數據及曲線輸出、查詢等功能。本系統共分為系統菜單、操作功能按鈕、法向應力與實驗時間顯示、狀態指示燈以及用戶登錄/退出等5個功能區，如圖2區域1～5所示。

系統菜單分為系統說明、參數設置、實時數據、數據輸出、系統調試以及報警信息5個功能模塊。法向壓力及實驗時間反應實驗過程實時法向應力以及實驗剩余時間。狀態指示燈區域包括5個狀態指示燈，系統狀態正常色為綠色，異常時為紅色；運行狀態運行過程為綠色，試驗停止為灰色；報警狀態未出現報警為綠色，出現伺服異常、行程超出范圍、電機超載、壓力氣路連接異常等狀況時為紅色；法向應力正常為綠色，應力波動范圍超出理論法向應力的2%時指示燈為紅色。限位狀態反應剪切位移是否超出行程范圍，正常為綠色，超限則為紅色。

（2）系統操作流程及SQL實現。打開/退出組態王，進行SQL連接/連接，功能實現命令語言為：SQLConnect(IDDevice,"dsn=;uid=; pwd=")，SQLDisconnect(\本站點IDDevice)

上述命令語言實現了組態王與SQL數據源的連接/斷開，將此命令寫入組態王應用程序命令語言的啟動/結束中，以實現系統開始運行時就可以連接/斷開到數據庫[3]。

進入【系統調試】界面，調試各功能按鈕與數據顯示框，檢查系統是否正常；進入【參數設置】界面，輸入實驗參數和運動參數；點擊【加壓】按鈕，并根據界面中間法向應力顯示框進行調整直至試驗理論值；點擊【預壓】，彈出預壓界面，并進行系統預壓5 min以保證后續實驗過程壓力穩定。

預壓結束，點擊【電機使能】按鈕，若參數輸入不合理則彈出提示窗口，輸入合理則電機上電，功能實現命令語言如下：SQLCreateTable( \本站點IDDevice,\本站點實驗時間與日期, "直剪儀實時數據")

上述命令語言實現了按照設定表格模板的格式在數據庫中以實驗日期與時間新建數據表格，將此命令寫入【電機使能】按鈕的按下時，以實現數據庫表格的創建。

點擊【開始】，進入【實時數據】界面開始實驗，每10s將數據存一次，命令語言如下：

SQLInsert(\本站點IDDevice,\本站點實驗時間與日期, "直剪儀實時數據")

組態王將記錄體相關聯的變量當前值插入到SQL數據庫表格中，從而生成一條新的記錄，達到將組態王中的數據寫到外部數據庫的目的。

實驗時間為0或者點擊【停止】按鈕，進入數據是否保存對話框，若刪除當前試驗數據則命令語言如下：

SQLSelect( \本站點IDDevice, "實驗時間匯總", "報表名", "", "" );

SQLDelete(\本站點IDDevice, "實驗時間匯總",whereexpr);

點擊【卸壓】按鈕；點擊【歸零】按鈕，并彈出系統回零等待界面，當回零動作完成后，該窗口自動關閉；點擊【電機去使能】按鈕，關閉電機；若繼續進行實驗，點擊【加壓】按鈕并按照步驟3-11開展實驗，若結束實驗則點擊【結束】按鈕。

進入數據輸出開展后期數據處理。數據輸出分為【數據報表】和【曲線輸出】兩個功能，先從“實驗時間選擇”下拉列表框中選擇相應試驗數據日期，之后根據需要選擇報表/曲線預覽、打印、刪除等功能。

下拉列表框日期顯示SQL實現語言如下：

SQLSelect( \本站點IDDevice, "實驗時間匯總", "記錄報表名", "", "" );

SQLNext( \本站點IDDevice);

當需要將數據庫中的數據調入組態王來顯示，將此命令寫入相應功能按鈕按下時，并添加查詢下一條記錄的命令，實現數據庫數據的逐條查詢。

4 試驗實例數據處理

本文從“實驗時間選擇”下拉列表框中選擇“2015年5月26日11時23分”數據為處理實例，依次實現數據的報表預覽、曲線顯示，數據處理結果如圖3所示，并處理計算剪切位移與剪切力關系，如圖4所示。

圖3（b）所示曲線可依據需要選擇坐標軸，僅選擇一項則默認時間為橫軸，若選擇兩項則第一選擇項為橫軸，第二選擇項為縱軸。點擊【選取】按鈕后，曲線顯示控件的橫/縱軸量程將依據實驗數據進行合理調整。圖4所示曲線給出了剪切位移與剪切力關系圖，并能根據需要通過“實驗時間選擇”添加多條曲線實現數據對比，實現曲線保存、打印和清空操作。

5 結論

本文研制的新型直剪設備結構簡單、對環境友好，安全性能高，基于組態王與SQL數據庫研發的試驗操作系統，可實現工作狀態實時監控、特征數據實時顯示，性能參數后期處理等功能，操作簡單、計算準確可靠，具有很好的應用價值。

參考文獻：

[1]周楊,李曉瑩.土工合成材料直剪與拉拔聯合試驗儀的研制[J].路基工程,2006,12(06):82-83.

[2]鄧子健,沈躍.瀝青路面層間抗剪強度試驗分析[J].山西交通科技, 2006,181(04):11-14.

[3]陳在平,楊雅靜.組態王SQL數據庫技術在加熱爐數據監測中的應用[J].化工自動化及儀表,2014,42(02):231-233.

作者簡介：孫貝（1988-），女，山西太原人，碩士，助理工程師，研究方向：機電一體化控制及并聯機器人應用。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.089