（机械电子工程专业论文）铁路货车轮对压装曲线记录仪的研制.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 y 船2 1 l 铁路车辆的轮对和轴承压装质量对车辆的行车安全至关重要。而压装质 量是靠压装过程的压装力一位移曲线来判断的。因此需研制合适的压力一位 移曲线自动记录系统自动完成该曲线的记录和判断、曲线数据存储、曲线打 印等功能。 本论文以轮对压装过程为例，详细说明了压装曲线记录系统的压力传感 器、位移传感器和数据采集卡及工控机等硬件选择、软件设计原理。论文还 通过一些简单的计算和分析，讲述了上述硬件选择的依据。在软件设计部分， 主要是针对数据采集卡的操作和数据采集后的处理、曲线的分析判断、部分 用户界面编制方面进行了详细论述。 本论文述及的内容，都已经在现场中实现，且使用效果很好。根据本文所 述的原理，可以方便快速地设计出轴承压装过程的曲线记录系统，也可以在 现有系统上加装一套压力和位移传感器，并进行少量程序设计，就可以实现 一套系统完成轮对压装、轴承压装过程的压力一位移曲线记录和其它功能。 关键词：数据采集传感器 西南交通大学硕士研究生学位论文第1l 页 a b s t r a c t d u r i n gt h em a n u f a c t u r i n go ft h er o l l i n gs t o c k ，t h e r ei so n ev e r yv e r y i m p o r t a n tp r o c e s st h a ti tw i l lh a v el a r g ea f f e c tt ot h es a f e t yt h a ti st h el o a do ft h e w h e t sa n dt h eb e a r i n g s s ot h e ma r em a n y r u l e sa n d r e g u l a t i o n sa b o u ti t t o d e t e r m i n et h eq u a l i t yo ft h ep r o c e s s ，i tn e e dm e a s u r ea n ds t o r et h ed a t ao ft h e f o r c eo f t h e p r e s s u r ea n dm o v e m e n t ，a n dd r a w t h ec u r v eu s i n gt h ed a t a i nt h i s t h e s i s ，is t u d i e dt h es e l e c t i o no ft h ep r e s s u r es e n s o ra n dt h e d i s p l a c e m e n ts e n s o r ，d e t e r m i n e d t h ed a t a a c q u i s i t i o n c a r da n dt h ei n d u s t r i a l c o m p u t e r is t u d i e dt h et h er e a s o n so f t h es e l e c t i o n sa n dw r o t ed o w nt h e m t h e n 1 w r o t et h ep r o g r a m so ft h ed a t aa c q u i s i t i o na n d a n a l y s i s ，o ft h ei n t e r f a c et ot h e u s e r s ，o f t h ej u d g e m e n t o f t h e c u r s e t h ea u t o m a t i cc u r v er e c o r d e rn o wi su s e db ym e i s h a n r o l l i n gs t o c k 、；l ，o r k s i tw o r k sw e l la n di ti sm o r ec h e a p e ra n dm o r ee f f e c t i v et h a na n yo t h e rk i n d so f c h i v er e c o r d e r s k e y w o r d s ：s e n s o r s d a t a a c q u i s i t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 随着铁路工业的发展，特别是随着高速重载技术的推广，车辆的安全性 要求也越来越高。而在事关行车安全的诸因素中，车辆轮对是极其重要的一 环。车辆轮对对安全的重要影响又是由轮对压装、轴承压装的质量决定的。 1 1 概述 在1 9 8 8 年中国铁道出版社出版的、前苏联a 沙杜尔等编著的车辆 构造理论与计算一书中是这样描述的：“列车在线路上能否安全运行在很大 程度上决定于轮对的结构、材质、制造和修理工艺，同时还决定予轮对的校 验质量。轮对的结构和状态影响着车辆运行的平稳性、车辆与线路之间的相 互作用力以及车辆的运行阻力”。因此对铁路车辆轮对的加工装配，铁路行业 历来非常重视。在中国铁道出版社出版、朱磊主编的中等专业学校试用教材 车辆学一书中有这样的描述：“轮对组装采用压力机压入法。轮毂孔与轮 座的接触部分应选用纯净的植物油( 禁用桐油) 润滑。压力机必须备有正确校 正的压力计和记录压装压力曲线图的自动记录器。压装时轮铀中心与压力视 活塞中心应一致并平行压入。压入速度应保持均匀，压装速度应在3 0 2 0 0 m m m i n 范围内。压装过盈呈应符合规定要求，以保证轮毂与轮座间有 足够的结合力，又不致使轮超因过盈员过大而使轮毂产生过大的塑性变形。” 在国际标准i s 0 1 0 0 5 7 第七部分机车车辆用轮对一质重要求1 9 8 2 一i l 1 5 第一版中对轮对的相关部分也作出了详细规定。在现行铁标t b l 4 1 7 8 8 中也 有专门的标准作出了详细规定。 1 2 改造前的轮对轴承压装记录仪现状 本项目实施前，眉山厂使用的是以前的笔式转盘记录仪，位移带动转轴旋 转，压力带动记录笔在圆直径方向上的移动。随着位移增加，记录笔不停旋转， 同时在压力作用下，记录笔在直径方向上相应一定蕊出曲线。这种方式作出 的曲线是盘旋上升的螺线状，每压装一次，换一张记录纸。该记录仪的优点 很明显，那就是其总成本低廉，技术含量总的来说不是很高，维护相对来说 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 较容易。这种方式记录的曲线也很直观，动态反应也很灵敏。但是，铁标要 求的一些轮对参数需手工填写，记录纸须使用专用纸张，成本较高。同时这 种记录仪使用的记录笔的寿命不高，记录仪本身因存在机械传动机构，也易 出故障，墨水需经常更换。记录结果保存的时间较短，墨水容易褪色。因为 更换纸张的频次太高，更换又不是很方便，使用上不是很合适大批量生产需 要。特别是作为货车新造的主要厂家之一，我厂必须选用一种合适的型记录 仪。铁道部装备部也大力推广采用计算机技术的新型压装曲线记录仪。因此， 我们决定和己通过装备部认证的齐齐哈尔车辆厂合作，研制适合的记录仪。 1 3 现有自动记录系统的现状 在以前我们常用到一些简单的自动记录系统，如记录气体或液体压力用 的圆盘指针式记录仪。此外在故障诊断行业或其他一些行业广泛使用着大量 的成熟的自动记录仪产品，近年来，随着电子技术水平的发展，在各行各业 中的自动记录仪器越来越普及，种类繁多，几乎对各种物理量都可以实现自 动记录。还有一些现场故障诊断使用的各种参数测试仪，使用数字存储方案， 将曲线存放在其内存中，并实时显示动态曲线。这类仪器价格一般都非常高 昂。 1 4 压装曲线自动记录系统改造总体方案 有鉴于此，各铁路工业厂家对轮对、轴承压装非常重视，相继投资对原 有轮对压装机及其压装曲线记录仪进行了加装改造。而屠车辆行业龙头老大 地位的齐齐哈尔车辆集团更是率先研制出了轮对、轴承压装和相应的压装曲 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 线自动记录仪。根据我厂的实际情况，我们决定和齐车集团下属的泰格集团 合作，对我们现有的压装系统进行最经济的改造。 具体方案为： 1 、机械压装部分仍然利用现有的液压压装机进行压装，以减少投资： 2 、压装的压力曲线记录仪采用基于工业控制计算机的数据采集系统进 行数据采集，使用打印机打印压力曲线； 3 、由工控机的软件系统对压装过程进行监控并判断最后的曲线是否合 格。 4 、轴承压装和轮对压装虽采用不同的压装设备，但数据采集及记录仪 系统使用同样的一套硬件和软件，以增强通用性和节省投资，并为将来使用 一套系统完成轮对和轴承压装时合并数据采集及记录仪作好准备。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章记录仪系统传感器选择 记录仪处理的物理量为位移和压力两种。传统上是采用模拟的办法将其 曲线以位移为横坐标，压力为纵坐标直接画出来。但本系统拟采用数字化办 法进行处理，因此需将这两种物理量进行a d 转换。而刖d 转换接口处理的 是标准幅值的电压或电流，因此必须将位移和压力转换为电量。方法有两种： l 、使用变送器，输入位移、压力，直接输出变换后的标准数字量，直 接通过接口让计算机处理： 2 、通过传感器将位移和压力转换为标准幅值的电压或电流，然后通过 数据采集卡将其进行m d 转换，并由计算机进行处理。 方案一的成本较高，对计算机系统的要求较低；方案二成本低，但由于 计算机要处理大量a d 数据，因此计算机负担较重。但现在的计算机配置都 足够高，完全有能力满足本系统的计算，因此本系统采用方案二。 2 1 压装过程简单分析 在本记录仪中，需要记录的物理量有两个：压装位移、压装压力。根据 我厂现有工艺，轮对和轴承分别在两台设备的两个台位上压装，并且每个轮 对的轴承、车轮式分别压装的。一般是在压装之前，先将一边的一个车轮套 在车轴上，然后将车轮和车轴一起吊放在压装机上，压装完毕，然后调换方 向再压装另一边的。轮对的压装见示意图。 其中的压装位移指的是在压装过程中车轮相对于车轴的位移，以符号标 记s ，由以上示意图可以看出：在压装过程中，车轮紧靠在挡块上。一旦压 紧后就不再发生相对于基础的位移，而车轴则在油压机活塞的压力作用下向 着车轮方向运动，因此该位移s 等于油压机活塞的位移，当然必须是有压级 活塞顶紧车轴端头后开始计算。 而其中的压力是指压装过程将车轴压入车轮轮毂孔的力，以符号f 标记。 同样由上示意图可见，该力f 应等于油压机的液压油作用在其主缸活塞上的 力。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 2 位移和压力的测量方案选择 通常的数据采集系统中，都是把非电物理量通过变换装置( 传感器) 转 换为一定幅值的电流或电压，然后直接输入采集系统进行处理。 这里的位移最终决定通过测量油压机的活塞相对于缸体( 或机体) 的位 移来代替，同样记为s 。首先确定位移s 的有效测量范围。参见下页的车轴 示意图，其中标注为1 8 6 m m 的部分即为车轮最后将安装的位置，尺寸5 3 为 轴承最后的安装位置，那么s 的最大值应大于二者之最大值，即应定为f 单位 毫米，即m l n ，以下除非特别注明，长度、位移单位均如此) o s 1 8 6 ，考虑压 装过程的不确定因素并适当放大，将s 的范围定为0 s 2 5 0 。那么测量本 系统的位移传感器的有效测量范围也就应是o s 2 5 0 。 疆一 j )| | | | o 1 l86 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 各种传感器的比较如下： 传感器 类型 测量范围灵敏度分辨力重复性、线性度稳定性成本 可以很小，也可与测量范围 电感式很高报好很好一般 以非常大呈反向变化 很小适用于微经过处理后可以 电容式高强不太好较低 小位移的测量较好 直线式 感应同可犬可小高强好很好高 步器 电位器适用于较大位 较低分辨力较低一般较好 价格 电阻式移的测量最低 i 光栅传 可大可小极高强好好高 i 感器 在工程实践中，常见的位移传感器有电感式、电阻式、电容式、直线式 感应同步器等各种传感器、光栅式传感器等。 通过上表的比较，综合成本、稳定性、测量范围等因素考虑，应该选用 的应为电感式和电阻式两种传感器。此外还有一些新型的线位移传感器可以 选用，具体见后面相关章节。 上表中，关于传感器的一些指标的意义如下。 1 、灵敏度：传感器输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。表示 传感器对被测量变化的反应能力。线性传感据的灵敏度就是拟合直线的斜 率，即 k = a y a x 非线性传感器的灵敏度不是常数，应为 k = d y d x 2 、分辨力：是传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入量的最小 变化量。 3 、重复性：传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得 特性曲线不一致的程度，如下图示意。 重复性误差：( 用满量程输出的百分比表示) ( 1 ) 近似计算： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ，r ：弛i 0 0 柏础茗 ( 2 ) 精确计算： 加等盾i 丽五 上述公式中，r 。为输出的最大重复性偏差，y i 为第i 次测量值，y 为 测量值的算术平均值，n 为测量次数。y f s 为满量程输出值。 4 、线性度：线性度又称菲线性误差，是被测值处于稳定状态时，表征 传感器输出和输入之间的关系曲线( 称校准或标定曲线) 对拟合直线的接近程 度，即 a ， y l = = 幽1 0 0 。 y i , s y l 为引用非线误差，l m 为标定曲线对拟合直线的最大偏差。 压装力的测量分为直接测量和间接测量两种。这里直接测量是直接通过 在车轴或活塞杆上安装传感器，通过诸如电阻应变式的传感器测量压装力。 间接测量是基于以下原理：压装力f 应等于活塞杆与车轴端面之间沿轴线方 向的相互作用力f l ，而f l 是由压装机的液压系统的高压油产生的，如下页图 示，则f l 应等于a 腔里的液压油作用在直径为d 的活塞端面上的压力( 忽 略活塞与密封及缸体等的摩擦损失) 。如果a 腔里的液压油的压强为p ，活 塞端头的面积记为a ，则：f 1 p + a = p 丌d 2 4 ，则f = f l = 靠d 2 p 4 ，因此 要测量力f ，只需测出主缸进油口管路液体的压力即可。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 比较测量力f 的两种方案，使用直接法对传感器的安装要求很高，而且 需对主缸活塞进行处理方可安装。而通过测量高压油压强的办法测量则方便 得多，只需在进油口管路并接一个液体压强传感器即可，安装非常方便。故 最终决定采用液体压强传感器方式测量压装力。 f l 一 压力f 产生示意图 2 3 位移传感器的选择 在齐厂原设计方案中位移传感器选的是旋转电位器，其安装方式如下 图： 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 其思路是在活塞上焊接一个固定吊环，在这个点环中穿一条小节距的链 条，链条通过几个中间链轮后挂一个重锤，使链条始终保持张紧状态。其中 一个链轮安装在旋转电位器的轴上，这样在主缸活塞伸出的过程中，活塞就 带动链条一起移动，链条带动链轮转动，旋转电位器则跟着链轮同步转动。 旋转电位器转动的角度可以根据电阻值的变化换算得到，如果知道链轮的参 数，就相应可以换算出活塞前进的距离，也就是压装过程的位移即可确定。 一般来说，需选好相应的参数，使在活塞最大位移时，旋转电位器转过的角 度小于3 6 0 。，这样计算就会很简单。否则还需对转过的圈数进行计数，数 学上和电路上都会增加难度。如旋转电位器的最大阻值为k ，在位移为某一 s 值时，通过电路测出的旋转电位器输出的阻值为k l ，链轮的周长c ( 这里 等于链轮转动一周时，链条上某一固定点在张紧状态下的位移) ，则应该有 如下关系： s = ( k j k ) + c = c + k i k 上式中，c 、k 为已知固定值，因此s 正比于旋转电位器输出的电阻值k l 。， 这样只要测出在任意位置时旋转电位器的输出阻值即可通过比例因子c 服运 算得到位移s 。 电位器传感器的工作原理如下图： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 兰南 签融 、+ 追 】 一i t - 0 i _ 曲_ 抑- “。0 鼍离知神：霜寄u _ 坩- 瞳 w p m 旋转位置传感器技术指标 l o 亿次以上工作寿命 抗恶劣环境，防电磁干扰 阳极氧化外壳 隔离滚珠轴承 符合军用标准 严格的线性指标 上电时保持耩确位置 很长的高频振动寿命 型号 1 8 - 0 92 s l l4 s 1 36 5 2 0 机械指标 外径 2 2 r a m2 7 m m3 6 r a m5 l m m 总机械行程连续 0 8 e z 在里 起始转矩( m a x ) 0 4 0 z t u 1 0 z 在里面 面 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 基本间隙( m a x ) 0 0 2 5 r a m 轴径向跳动( m a x ) 0 0 2 5 m m 轴端间隙( m a x )o 1 2 7 r m n 寿命 5 0 0 0 万次 无效行程 0 0 1 。 操作速度( m a x ) 1 0 0 0 0 0 ，s 温度范围 - 5 5 t o1 2 5 寿命1 0 亿次 振动 到t o r d - r z 2 g 的2 0 h z 每m i l - r - 3 9 0 2 3 冲击 1 0 0 96 m s 重量 1 4 7 91 8 1 3 95 1 0 1 97 0 8 5 9 电气指标 理论电气行程 3 , 4 0 。3 4 5 。3 5 0 。3 5 3 。 独立线性0 i 士o 1 士o 7 5 士o 7 5 总电阻5 k n 电阻公差 士2 0 输出平滑度 士o 1 0 电阻温度特性5 绝缘强度7 5 0 vf i n si o o o vr r t l s 绝缘电阻 o o o m a 5 0 0 v d c 功率额定值 1 5 wl ，5 w2 0 w3 o w 滑片电流( m a x ) l 蚺 m 一2 2 旋转位置传感器技术指标 5 0 0 0 万次以上工作寿龠 一体化接线端子 绝对连续测量 可承受装配和操作负载 振动条件下不会有内都引线断裂 上电时保证精确位置 铝制面板或镍萋黄铜轴套 型号m bm 五2 s 机械指标 外径 7 2 m m 总机械行程 3 3 0 0 士5 。 连续 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 起始转矩( m a x ) 1 0 0 z 在里面0 3o z 在里面 轴偏转( m a x ) n a0 0 0 3 “ 停止力 5 ”l bn a 温度范围- 4 0 t o8 5 寿命5 0 0 0 万次 轴承 轴套 总重量 1 2 99 8 9 接线端子金 电气指标 理论电气行程 3 2 0 03 4 0 0 总电阻2 k n 电阻公差 2 0 输出平滑度 士0 1 0 电阻温度特性 5 绝缘电压7 5 0 vr m $ 绝缘电阻 1 0 0 0 m n 1 5 0 0 v d c 功率额定值 0 4 w 滑片电流( m a x )( 1 蛆 选项 轴 平轴，槽轴 轴直径 l ，4 ”n a 防旋转柱塞有或没有 n a 阻值l k n 。5 k n 1 0 k n 电阻公差 l o 独立线性 士0 5 。抄5 0 2 5 任一种即可，其总阻值为5 k q 的旋转电位器传感器。还可以选用如下的线 位移传感器： d u r s t a r 线位移传感器技术指标 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 带有减振器，扩展侧边轴承，坚固的带筋外 壳稀有金属滑片 高性能轴承。伸长的滑片载体导轨 绝对连续测量，高振动下滑片不跳动 1 0 亿次操作测试寿命 离性能、低噪声、无氧化 上电时保证精确位置 在很大不同轴条件下能平滑工作 机械指标 总机械行程 1 0 0 到1 2 7 0 m m 起始力0 4 5 k g 总重量 到o 3 6 k g 的2 2 振动 到2 0 k h z 的0 9 m b7 5 5 m m 2 h z 冲击 5 0 9 i i m s 半正弦 无效行程 o 0 2 5 m m 寿命1 0 亿次 电气指标 理论电气行程1 0 0 到1 2 7 0 m m 独立线性0 i 0 - 1 0 0 理论行程 总电阻 电阻公差 丑盘 操作温度6 5 t o1 0 5 分辨率无限 绝缘强度 1 0 0 0 v 皿s 绝缘电阻 1 0 0 0 m q 5 0 0 v d c 功率额定值 0 7 5 w 英寸电气行程 建议滑片电流 l 蛆 电气连接 d i n 4 3 6 5 0 连接器或等同连接 独立线性 1 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 l o n g f e l l o wi i 线位移传感器技术指标 1 0 亿次以上工作寿命 高性能轴承，带减振器 稀有金属滑片，轴密封 绝对连续测量，高振动中滑片不跳动 高性能低噪声，无氧化 线性度：0 1 ( 部分达到士0 0 5 ) 。 严重的侧面加载条件和很大的不同 轴条件下保证平滑工作 型号 型墨选择 机械指标 总机槭行程 1 5 0 到1 2 0 0 m m 起始力 o 4 5k g 总重量 到0 k g 的3 6 2 k g 振动 2 0 9r m s 0 7 5 m m5 - 2 k h z 冲击 5 0 9 l l m s 半正弦 寿命l o 亿次 无效行程 0 0 2 5 n 2 n 2 电气指标 理论电气行程 1 5 0 1 2 0 0m 总电阻 5 k n 电阻公差2 0 操作温度 6 5 t o1 0 5 绝缘强度 l o o o vl m s 绝缘电阻 l o h 位 5 v d c 功率额定值 0 7 5 w 英寸电气行程 建议滑片电流 1n 尺寸x ” 尺寸“y ”电气行程机械行程 型号 毫米毫米毫米 毫米 l f l l 0 6 1 5 02 3 31 2 71 5 2 1 5 5 l f l l 0 9 ，2 2 53 1 02 0 02 2 9 2 3 l l f i i l 2 3 0 03 8 62 7 9 3 0 53 0 7 ：l f i l l 4 3 5 04 3 73 3 0 2 5 63 5 8 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 l f i l l 8 4 5 05 3 84 3 24 5 74 6 0 l f l l 2 4 6 0 06 9 l5 8 46 l o6 1 3 l f l l 3 0 7 5 08 4 37 3 77 6 27 6 5 l f i l 3 6 9 0 09 9 58 8 99 1 4 9 1 8 l f i l 4 8 1 2 0 01 3 0 0 1 1 9 4 1 2 1 91 2 2 4 从上述各表可以看出，线性位移传感器的寿命、精度等各项指标都高于 旋转位移传感器。最终我们选用l o n g f e l l o wi i 型线性位移传感器，具体型号 为l f i i l 2 3 0 0 。由上述其外形图可以看见，其安装比电阻位移传感器更加简单。 2 4 压力传感器的选择 根据前面叙述，压力测量采用测量主缸进油口管道压强的方式，其使用 的传感器工程上称为压力传感器。由于本系统压装的系统压力为2 5 m p a , 属于 高压范畴，因此要选择量程大于2 5 m p a 的压办传感器。符合此要求的常用液 体压力传感器或液体气体传感器资料如下页表所示。 表中各种压力传感器均可选用，考虑到和数据采集系统的标准接口问 题，最好选择输出为电压0 5 v 或电流4 2 0 m a 的通用标准传感器，由此 最终决定选用y z d 2 型压力传感器，它是采用不锈钢膜片，运用充硅油隔离 技术，零点、灵敏度连续可调，可进行各种气体、液体( 包括腐蚀性液体) 的压力测量，可以通过螺纹连接直接并接在进油管路上，符合本系统压力采集 的要求。 2 5 传感器供电电源 由上述所选的传感器，位移传感器如果选用旋转电位器，其总电阻为5 l q ， 选用5 v 直流电源供电，则可使输出信号为0 5 v ：如果选用l f i l l 2 3 0 0 型线 位移传感器，其总电阻也为5 k q ，因此仍然选用5 v 直流电源。英连接赫 加丰螽揭示。而压力传感器y z d - 2 其电源要求为1 2 v 直流电源，这样又可 以选择市场上的成熟直流电源产品，要求其电压有5 v 和1 2 v 两种输出即可。 由于电源的波动将直接影响到传感器的输出，使之相应产生波动，因此对直 流稳压电源的纹波系数、稳定系数都要求较高。由于传感器的总电阻很大， 传感器消耗的和功率均较小，如耗能较大的w p m 型旋转位移传感器，其尺 寸最大的一款功率消耗为3 w ，其余的各种传感器其功率不会超过3 w ，因此 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 传感器电源总功率按5 w 估算就绰绰有余。当然也可自行制作。然而考虑到 数据采集系统即将用到的计算机电源，其正好有高精度的5 v 和1 2 v 电源，完全 可以将空余的一个接头引出来供传感器使用。为防止外围线路短路烧毁电源 或导致故障，应串联保险管，其容量应参照计算器电源5 v 电源和1 2 v 电源 的输出电流来适当选定。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第17 页 第3 章数据采集及处理部分硬件选择 传感器将位移和压力转换为0 5 v 的电压后，就该由数据采集系统将其 转换为数字量，并由计算机进行控制采集过程，然后对采集到的数据存储、 判断处理和打印合格曲线。 3 1 工业控制计算机的选择 本系统的计算机并不是作实时控制的工业控制机，因此适时控制工控机 的一些特性并不是必需的。本系统的计算机只需要满足如下一些特性： 1 、高可靠性： 2 、较强的扩展性： 3 、较强的存储能力和数据处理能力。 在高可靠性中就包括了良好的抵抗环境干扰的能力、很高的平均无故障 间隔时间和充裕的驱动能力。如果使用一般的通用个人计算机，其扩展能力 和数据处理存储能力是毋庸置疑的，但其抗干扰能力、平均无故障间隔能力 及驱动能力就难以满足要求了。为此我们决定采用基于p c 总线的工业控制 机，即i p c 工控机。它是在通用p c 基础上改进一些结构而来的，两者的区 别如下： l 、无源底板 把p c 原来设计的大底板( 系统板或称作主板、隧板) 的功能移到一块a l l 一刑o n e 插卡上，底板变成无源的总线母板，与m mp c x t 、x t a t 总线兼容，并增加了插槽数量( 例如达到1 4 个) 。特别是现在，使用i n t e l 的 4 8 6 、p e n t i u m 、p c n t i u mp r o 、p c n t i u mm 的a l 卜矾o n e 插卡也已经成为 了产品，该插卡的总线是i s a p c i 总线，所以也有了与之适应的采用i s a p c i 总线的无源底板产品。这项结构改进措施不仅增加了可以插入的功能 扩展板的数量，而且方便了维修，还有利于系统更新换代。因为当基本系统 出现故障时，也可以象更换其它功能板一样，只需对系统板进行括拔更换： 当用更高档次的系统板更换原来的系统板后，整个系统还能够得到升级。 2 、改进机箱结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 按照国际标准用2 m m 厚钢板作成的1 9 i n 全钢密封式机箱，增强了机械 强度与抗电磁干扰的能力：机箱两侧的导槽使得整机可以直接安装在机架上 并且整机可以前后推拉；推拉式箱盖便于插拔模板，方便了维护；模板压杆 增加了模板与扩展槽的联接性能，防止模板抖动或摆动，增强了抗震动性能 和耐冲击性能：硬盘驱动器、软盘驱动器与机箱的机械固定装置具有抗冲击 抗震动性能；机箱的正面增装机械锁，防止他人随意对系统进行操作。 3 、改善电源 ， 配备经过数国论证过的商品位、高可靠性工业级电源，增强了功率( 例如 达到2 3 0 v 、2 5 0 v ) ，采取了更强的电源净化措施。 4 、防尘措施 正面增加了一个大功率带过滤阏的吸风机( 在原电源上的冷却用排风机 之外) ，使机壳内形成微正风压，以防灰尘进入机壳。过滤网的安装采取卡接 式，很容易取下清扫或更换。 目前的i p c 工控机生产厂家很多，比较大的有研华、研祥等厂家的产品。 各家的产品都差不多，如果使用正品，都应该没问题，下面是研祥的r a c k - - 6 1 0 型机箱。 提供1 4 个槽位的底板安装空间，可安装1 0 片全长卡，4 片半长卡 构造：加硬加厚钢板 磁盘驱动架：可容纳2 个5 2 y 磁盘和3 个3 5 “磁盘 磁盘架具有减震器，延长h d d 或c d - r o m 使用寿命 散热：长寿命滚珠轴承风扇，带一个可拆空气过滤网 压条：智能压条可牢固固定p c i 或i s a 设备 键盘接1 ：3 ：前后面板带有5 - p i nd i n 键盘接头 控制按钮：重启，电源开关，键盘锁 指示灯：电源开关灯，和h d d 灯 机箱把手可拆卸 扬声器：8 0 h m 扬声器 嗲移守夺审移移移守移 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 尺寸：4 8 2 ( 、) x4 5 2 ( d ) x1 7 7 ( h ) f i l m 机箱后部开口 令1 4 个槽位 移可选a t x 结构 可根据需求，提供更多适用于a t x 的结构 电源 2 5 0 wp s 2 电源11 0 2 2 0v a c + 5 v + 1 2 v1 2 v5 v 2 0 a 1 2 ao 5 ao 5 a 一l 0 9 2 ( 1 + l d ) = l 0 9 2 ( 1 + i 0 0 0 9 4 、6 7 如果根据位移计算，则如下： 系统的最小位移仍然为0 ，最大位移在传感器的选择的有关章节中讲到 一般不超过2 5 0 m m ，最小分辨值能达到l m m 就可以了，分辨率为d = i 2 5 0