基于LabVIEW的機床溫度和壓力信號的實時在線監測

蘇東楠

摘 要：磨粒流精密拋光機床加工時加工區域的溫度和壓力會發生變化，影響機床加工工件的精度。為了實時監測機床的溫度和壓力，設計基于LabVIEW機床溫度和壓力的信號實時在線監測系統。本文涵蓋了該系統硬件平臺的搭建和軟件程序的編寫，并設計了友好的人機交互界面，使得用戶可以方便、實時、在線地查看到機床工作區的溫度、壓力信號。

關鍵詞：LabVIEW 機床信號監測 醫力信號

中圖分類號：TG50 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0002-03

磨粒流拋光機床加工時磨料介質在壓力作用下對工件進行加工，減小工件表面粗糙度和波紋度，最終達到精密加工所要求的表面光潔度。磨削加工時，磨削區的溫度會升高，磨料的粘度會下降，影響工件的加工精度[1]。為提高加工精度，需要實時監測加工過程中溫度的變化，由于溫度和壓力都會對磨料的粘度有影響，所以對溫度和壓力信號進行實時在線監測。

1 溫度和壓力信號監測系統的硬件設計

溫度和壓力信號采集系統采用傳感器對料缸內的溫度和壓力進行實時測量，利用信號調理模塊對傳感器的信號進行調理，數據采集卡采集調理后的信號并傳送到工控機中[2-3]。其采集系統的流程：傳感器→信號調理模塊→數據采集卡→工控機。

1.1 溫度、壓力傳感器

由于磨粒流機床的磨削區溫度是未知的，選擇可測溫度范圍較大的溫度傳感器，所以溫度傳感器選用的是HYDAC公司的ETS300系列的溫度傳感器，該溫度傳感器的可測溫度的范圍為-25℃～100℃，其模擬量輸出是4～20mA，壓力傳感器正常的工作范圍為-25℃～85℃（可以耐高溫），壓力的測量的范圍為0～25MPa，溫度和壓力傳感器的實物圖如圖1和圖2所示。

1.2 數據采集卡

為了高精度、高速度、高穩定性地采集傳感器信號，選擇ADLINK公司的DAQ2501數據采集卡，DAQ2501是基于PCI總線的數據采集卡，它由采集板卡和信號輸入輸出接線端子板2部分組成，信號輸入輸出接線端口板的作用是向采集板卡輸入信號和從采集卡向外輸出信號，這里只是把信號調理模塊輸出的電壓信號輸入到采集卡中，數據采集卡的實物圖如圖3所示。

在工業系統中，工控機和普通的計算機不同，工業計算機有更多的PCI卡槽，方便與外圍設備相連，其防震和耐高溫的性能更好，它的運行系統和運算能力高于普通的計算機，故選用凌華的工控機。

2 溫度和壓力信號檢測的軟件設計

2.1 基于Labview數據采集的接線

數據采集系統的硬件平臺搭建完成后，溫度和壓力信號的監測是基于LabVIEW軟件實現的，眾所周知虛擬儀器的核心是軟件，所以LabVIEW的軟件編制是監測系統的核心部分[4]。

數據采集首先是傳感器把溫度和壓力物理量信號轉變成為電量信號，信號調理模塊把電量信號轉變、調理、放大，數據采集卡采集信號并進行模數轉換，輸出計算機可識別的數字信號，傳送到計算機中。

溫度傳感器輸出很小的電流信號，經過隔離式DC輸入輸出信號調理模塊（ADAM3014）進行信號調理，由于ADAM3014很寬的輸入輸出范圍，需要向下滑動移除DIN導軌支架，配置輸入輸出范圍的轉換位置，使其能夠接收溫度傳感器輸出的電流信號，并輸出能夠被采集卡采集的模擬信號。

數據采集系統所采用的是DAQ2501，模擬量輸入通道有8個，其中輸入信號的正極與AI-0相連，負極與AGND相連，以此類推可以連接8個模擬量輸入，本系統是溫度和壓力兩路信號，所以AI-0接信號調理模塊（ADAM3014）正極，AGND接信號調理模塊（ADAM3014）負極，AI-1和壓力傳感器的正極相連，AGND和壓力傳感器的負極相連。

2.2 基于Labview數據采集的軟件實現

應用DAQ-2501數據采集程序首先需要創建物理信道，該物理信道主要是通過DAQMASTER來實現。DAQMASTER是一個智能設備管理器，可以訪問凌華數據采集、測試和測量產品，DAQMASTER可以配置和管理數據采集硬件和軟件集成接口，動態檢測并查看設備和儀器相連情況。執行系統診斷和執行基本的功能測試。

機床加工工作區內的溫度、壓力信號實時采集的部分程序如圖4所示，溫度、壓力信號檢測的人機交互界面如圖5所示，用戶可以方便、實時、在線地查看到機床工作區的溫度、壓力信號。

3 結語

LabVIEW作為一種圖形化編程軟件，具有編程簡單、庫函數豐富、調試方便等諸多優點。基于LabVIEW機床溫度和壓力的信號實時在線監測系統的開發，使用戶可以方便、實時、在線地查看到機床工作區的溫度、壓力信號。一旦機床出現溫度和壓力異常時，可以報警工作臺，溫度過高時，自動停車，為磨粒流加密拋光機床的智能控制的實現提供基礎。

參考文獻

[1] 譚援強，李藝，ShengYong.磨粒流加工的固液兩相流模型及壓力特性模擬[J].中國機械工程，2008，19（4）：439-442.

[2] 馬生彪.磨削加工過程振動仿真與磨削溫度預測[D].鄭州：鄭州大學，2011.

[3] M.RaviSankar，V.K.Jain n， J.Ramkumar. Rotational abrasive flow finishing （R-AFF） process and its effects on finished surface topography. International Journal of Machine Tools & Manufacture[J].International Journal of Machine Tools & Manufacture，2010（50）：637-650.

[4] 許京雷，計時鳴，譚大鵬.磨粒流精密加工中的測控系統研究[J].自動化儀表，2011，32（4）：18-21.endprint