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摘要：遵循经济性与最优化分配相结合的原则，对数据采集/输出模块的PCI卡进行选型，以工控机为核心搭建硬件平台，并设计相应的通信软件。通过对该模块的调试，实现对传感器的信号采集和对液压系统的控制。
关键词：数据采集/输出；PCI；液压系统；工控机
中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0510004-02
0 引言
近年来，由于液压技术广泛应用于各个工业领域中，在液压测试领域出现了一门新技术：计算机辅助液压测试技术，简称液压CAT。液压CAT使液压测试脱离了单一性能参数测试状态而向着多功能测试规模发展，同时利用计算机建立起一套数据采集和输出控制系统，通过使用压力、温度、位移、流量、力、转速等多种传感器分别对液压系统的压力、温度、位移、流量、力、转速等参数进行测试，然后对测试数据进行量化和处理。
由于近年来PLC的迅速发展，大部分的液压测试系统采用工控机+PLC的控制方式，这在很大程度上浪费了工控机的性能，而且PLC价格较高。因此开发高实用性、高性价比的液压测试系统，具有十分重要的意义。本文重点介绍了基于PCI卡的数据采集与输出控制模块在液压测试系统中的应用。
1 液压测试系统试验台的组成及工作原理
液压测试系统的试验台主要由液压控制部分、电气控制部分和试验操作台三部分组成。
液压控制部分提供试验台的液压动力源，它包括泵站+阀站+储能器三部分组成。电气控制部分由计算机柜、配电柜、电气转接箱组成，主要实现压力、温度、位移、拉压力、泵转速的采样和变频器控制、各种阀的开关控制等，并实时显示采集模块采集到的各个数据参数情况，以及整个液压系统的运行状况。试验操作台主要是提供产品安装、试验用的平台。
在电气控制部分，采用工控机加各种PCI控制卡的控制方式，这种方式具有结构简单，易于编程、控制和布线等优点，并且大大降低了开发成本。PCI卡分为A/D转换卡、D/A转换卡和I/O卡。工控机可根据试验台要求的产品和加载系统的压力和流量，实时地对系统参数进行监测和控制，以达到系统要求。电气控制系统原理图如图1所示。
2 数据采集与输出控制模块的硬件设计
2.1 工控机及其PCI总线技术
工控机是一种加固的增强型个人计算机，简称IPC，与普通的计算机相比较具有可靠性高、环境适应性强、系统扩展性好、系统通信功能强跟自我复位等特点。在本项目中，采用研华公司生产的工控机，作为整个试验台的测量和控制的核心，它的主要功能是：对整个试验台的控制；监测系统的运行和对系统进行故障诊断。
工控机与PCI板卡之间的通信是通过PCI总线来实现的，各种PCI板卡均可直接插入PCI插槽使用。它的主要用途是在高度集成的外设控制器器件、扩展板和处理器系统之间提供一种内部连线[6]。
2.2 PCI控制卡的选型
试验台将进行两项试验项目：性能测试和耐久测试。在这两项试验中，需要通过PCI卡对整个试验台中的温度、压力、位移、各种过滤堵、电磁阀开关的信号进行采集，经过工控机的处理与分析，再通过PCI卡输出控制信号完成对整个试验台电气部分的监测与控制。
在系统的设计过程中，根据对多个公司的PCI板卡的调研，采用了研华公司生产的板卡，主要因为其集成度高，使用方便，性价比高。
试验台需要采集的模拟量都是差分信号。根据对液压测试系统两个试验项目的分析，需要通过整个试验台的控制程序作出位移、时间与拉压力载荷的关系图，同时为了可以在以后有更多的通道对系统进行扩展，在研华的系列产品中，选择数据采集卡PCI-1716来采集位移传感器、拉压力传感器等的电压信号。
试验台需要输出4路电压模拟量信号。在本设计中采用研华的PCI-1723来实现电压模拟量的输出。PCI-1723是研华公司生产的一款非隔离多通道PCI模拟量输出卡。
根据试验台要进行的两项试验项目的设计，本实验台需要采集27个数字量信号，同时需要输出25个数字量信号。在设计中选用研华公司生产的PCI-1756来实现数字量的输入输出。PCI-1756能够给数字输入和输出各提供32路隔离通道。
2.3 数据采集与输出控制模块的接线方式
2.3.1 数据采集模块的接线方式
首先总结需要采集的信号和需要连接的信号线。经过分析整个液压控制系统泵站、阀站、电气控制柜、配电柜、操作台以及各个传感器和电磁阀的空间位置关系，进行统一分配，通过航空插头连接到电气控制柜。从插头出来的线路与采集模块的接线端子连接。
本试验台利用PCI-1723对模拟信号的采集采用差分输入连接，即将信号的正极接入68口，负极接入34口，组成一个差分连接，板卡的0通道与1通道同时组合成一个通道（在软件中可以设置）。其它通道以此往后推。
PCI-1756按着端子正确接线，在端子的5个COM中任意端接一个24VCD电源，信号线与输入通道连接。
2.3.2 数据输出控制模块的接线方式
PCI-1723的接线方法是：将输出信号端的正极接板卡的Vout0，负极接板卡的地。
PCI-1756的输出端子的正确接线方式，通道与负载串联与24V电源连接，地与端子地相连接。
3 数据采集和输出控制模块的软件设计
工控机与PCI板卡之间的通信软件是在Visual Studio2005的开发环境下，使用面向对象的C#高级语言编程实现的。
试验台通过PCI-1716来完成对模拟量的采集。在visualstudio 2005中，集成控件axAICtrl是PCI-1716板卡的功能集成模块，通过设置它的属性来设定它所需要的参数，通过此控件来完成数据的采集。
试验台对模拟量的输出由PCI-1723来完成的。在工控机上直接使用研华开发的控件axAdvA01，并通过使用C#语言对其进行编程，实现对比例溢流阀及变频电机的软件控制。
工控机采集数字信号与输出数字信号都是用工控机与PCI-1756的通信来实现的。在工控机上直接使用控件axAdvDI01，设置它的属性，可以同时实现对各种开关量、过滤堵信号、液位信号的采集，以及控制电机跟泵的启动与停止、水阀的开关、电磁阀的互锁等。
4 数据采集与输出控制模块的调试
数据采集与输出控制模块在整个液压测试系统中处在关键位置，在整个系统调试之前要对其认真调试，主要有硬件方面和软件方面的调试。
首先观察板卡的外观，确定其是否损坏（主要原因由于运输不小心）。
然后进行软件调试，确定其精度与速率能否达到要求。在测试过程中为了达到试验台的要求，采用自己编译的控制程序来调试，为确保采集卡在工业现场正常作业，要对板卡的各个通道、单端/差分、各个输入范围进行调试。
现场板卡的调试要2个操作人员，避免烧坏板卡。每个板卡都要进行单独调试，调试好后，将它的接线端子与工控机一起安装在电气控制柜中，在工业现场接好线路后分别单独反复进行调试，调试通过后再组合起来进行系统调试。
5 结束语
本文系统的介绍了PCI卡在液压测试系统中的应用。PCI卡和工控机组成的数据采集与输出控制模块具有实时化、智能化、高精度、高传输速率和高性价比等特点，实现了对传感器的信号采集和对液压系统的控制，大大提高了整个液压测试系统的技术水平，并降低了开发成本，满足了项目的技术要求。
关键词：数据采集/输出；PCI；液压系统；工控机
中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0510004-02
0 引言
近年来，由于液压技术广泛应用于各个工业领域中，在液压测试领域出现了一门新技术：计算机辅助液压测试技术，简称液压CAT。液压CAT使液压测试脱离了单一性能参数测试状态而向着多功能测试规模发展，同时利用计算机建立起一套数据采集和输出控制系统，通过使用压力、温度、位移、流量、力、转速等多种传感器分别对液压系统的压力、温度、位移、流量、力、转速等参数进行测试，然后对测试数据进行量化和处理。
由于近年来PLC的迅速发展，大部分的液压测试系统采用工控机+PLC的控制方式，这在很大程度上浪费了工控机的性能，而且PLC价格较高。因此开发高实用性、高性价比的液压测试系统，具有十分重要的意义。本文重点介绍了基于PCI卡的数据采集与输出控制模块在液压测试系统中的应用。
1 液压测试系统试验台的组成及工作原理
液压测试系统的试验台主要由液压控制部分、电气控制部分和试验操作台三部分组成。
液压控制部分提供试验台的液压动力源，它包括泵站+阀站+储能器三部分组成。电气控制部分由计算机柜、配电柜、电气转接箱组成，主要实现压力、温度、位移、拉压力、泵转速的采样和变频器控制、各种阀的开关控制等，并实时显示采集模块采集到的各个数据参数情况，以及整个液压系统的运行状况。试验操作台主要是提供产品安装、试验用的平台。
在电气控制部分，采用工控机加各种PCI控制卡的控制方式，这种方式具有结构简单，易于编程、控制和布线等优点，并且大大降低了开发成本。PCI卡分为A/D转换卡、D/A转换卡和I/O卡。工控机可根据试验台要求的产品和加载系统的压力和流量，实时地对系统参数进行监测和控制，以达到系统要求。电气控制系统原理图如图1所示。
2 数据采集与输出控制模块的硬件设计
2.1 工控机及其PCI总线技术
工控机是一种加固的增强型个人计算机，简称IPC，与普通的计算机相比较具有可靠性高、环境适应性强、系统扩展性好、系统通信功能强跟自我复位等特点。在本项目中，采用研华公司生产的工控机，作为整个试验台的测量和控制的核心，它的主要功能是：对整个试验台的控制；监测系统的运行和对系统进行故障诊断。
工控机与PCI板卡之间的通信是通过PCI总线来实现的，各种PCI板卡均可直接插入PCI插槽使用。它的主要用途是在高度集成的外设控制器器件、扩展板和处理器系统之间提供一种内部连线[6]。
2.2 PCI控制卡的选型
试验台将进行两项试验项目：性能测试和耐久测试。在这两项试验中，需要通过PCI卡对整个试验台中的温度、压力、位移、各种过滤堵、电磁阀开关的信号进行采集，经过工控机的处理与分析，再通过PCI卡输出控制信号完成对整个试验台电气部分的监测与控制。
在系统的设计过程中，根据对多个公司的PCI板卡的调研，采用了研华公司生产的板卡，主要因为其集成度高，使用方便，性价比高。
试验台需要采集的模拟量都是差分信号。根据对液压测试系统两个试验项目的分析，需要通过整个试验台的控制程序作出位移、时间与拉压力载荷的关系图，同时为了可以在以后有更多的通道对系统进行扩展，在研华的系列产品中，选择数据采集卡PCI-1716来采集位移传感器、拉压力传感器等的电压信号。
试验台需要输出4路电压模拟量信号。在本设计中采用研华的PCI-1723来实现电压模拟量的输出。PCI-1723是研华公司生产的一款非隔离多通道PCI模拟量输出卡。
根据试验台要进行的两项试验项目的设计，本实验台需要采集27个数字量信号，同时需要输出25个数字量信号。在设计中选用研华公司生产的PCI-1756来实现数字量的输入输出。PCI-1756能够给数字输入和输出各提供32路隔离通道。
2.3 数据采集与输出控制模块的接线方式
2.3.1 数据采集模块的接线方式
首先总结需要采集的信号和需要连接的信号线。经过分析整个液压控制系统泵站、阀站、电气控制柜、配电柜、操作台以及各个传感器和电磁阀的空间位置关系，进行统一分配，通过航空插头连接到电气控制柜。从插头出来的线路与采集模块的接线端子连接。
本试验台利用PCI-1723对模拟信号的采集采用差分输入连接，即将信号的正极接入68口，负极接入34口，组成一个差分连接，板卡的0通道与1通道同时组合成一个通道（在软件中可以设置）。其它通道以此往后推。
PCI-1756按着端子正确接线，在端子的5个COM中任意端接一个24VCD电源，信号线与输入通道连接。
2.3.2 数据输出控制模块的接线方式
PCI-1723的接线方法是：将输出信号端的正极接板卡的Vout0，负极接板卡的地。
PCI-1756的输出端子的正确接线方式，通道与负载串联与24V电源连接，地与端子地相连接。
3 数据采集和输出控制模块的软件设计
工控机与PCI板卡之间的通信软件是在Visual Studio2005的开发环境下，使用面向对象的C#高级语言编程实现的。
试验台通过PCI-1716来完成对模拟量的采集。在visualstudio 2005中，集成控件axAICtrl是PCI-1716板卡的功能集成模块，通过设置它的属性来设定它所需要的参数，通过此控件来完成数据的采集。
试验台对模拟量的输出由PCI-1723来完成的。在工控机上直接使用研华开发的控件axAdvA01，并通过使用C#语言对其进行编程，实现对比例溢流阀及变频电机的软件控制。
工控机采集数字信号与输出数字信号都是用工控机与PCI-1756的通信来实现的。在工控机上直接使用控件axAdvDI01，设置它的属性，可以同时实现对各种开关量、过滤堵信号、液位信号的采集，以及控制电机跟泵的启动与停止、水阀的开关、电磁阀的互锁等。
4 数据采集与输出控制模块的调试
数据采集与输出控制模块在整个液压测试系统中处在关键位置，在整个系统调试之前要对其认真调试，主要有硬件方面和软件方面的调试。
首先观察板卡的外观，确定其是否损坏（主要原因由于运输不小心）。
然后进行软件调试，确定其精度与速率能否达到要求。在测试过程中为了达到试验台的要求，采用自己编译的控制程序来调试，为确保采集卡在工业现场正常作业，要对板卡的各个通道、单端/差分、各个输入范围进行调试。
现场板卡的调试要2个操作人员，避免烧坏板卡。每个板卡都要进行单独调试，调试好后，将它的接线端子与工控机一起安装在电气控制柜中，在工业现场接好线路后分别单独反复进行调试，调试通过后再组合起来进行系统调试。
5 结束语
本文系统的介绍了PCI卡在液压测试系统中的应用。PCI卡和工控机组成的数据采集与输出控制模块具有实时化、智能化、高精度、高传输速率和高性价比等特点，实现了对传感器的信号采集和对液压系统的控制，大大提高了整个液压测试系统的技术水平，并降低了开发成本，满足了项目的技术要求。