摘要：改革开放以来，随着社会的发展科技水平的提高，工程机械液压试验台所需采集的信号种类复杂，数量多，且要求采集速度快，信号采集的精度和稳定性直接影响测量数据的质量。由于信号对干扰敏感，现代复杂的工业环境给工程机械液压试验台的信号采集带来了诸多干扰因素，通过对天津工程机械研究院有限公司多套工程机械液压试验台信号采集系统进行分析研究，从外部干扰和内部干扰入手，总结有效的抗干扰方法，使信号采集达到了0.1%的采集精度和1000Hz的采样频率。
关键词：工程机械；液压试验台；信号采集系统；抗干扰设计
引言
液压系统是工程机械的关键组成部分，它的工作状态与可靠性在很大程度上决定了工程机械本身的工作性能与可靠性。由于液压系统结构、工作原理比较复杂，涉及到机械、电子、自动控制等环节，使得液压系统的性能检测和故障判断亦相对困难。为了准确测试和记录液压系统工作参数和变化情况，本文利用虚拟仪器技术、总线技术、微电子技术以及先进的传感元件研制开发出了一种操作简单，实用性强的液压检测实验台，该试验台一机多用，功能多样，拆装方便、可以满足多种条件下的检测与试验。
1试验台信号采集的特点
分析试验台信号采集系统的抗干扰问题，首先必须弄清楚试验台信号的特点，从问题的起点进行分析，进而寻求解决方法。①信号种类工程机械液压试验台测试系统通过模拟的工况环境检验液压元件的工作特性，液压元件的工作特性由传感器检测得到的信号数据来体现。工程机械液压试验台所采集信号有模拟量和开关量两种。开关量信号因不敏感，其抗干扰问题一般不用考虑；模拟量信号因采集速度快，要求精度高，容易受到干扰，是信号抗干扰处理工作的重点。工程机械液压试验台模拟信号又分为输入信号和输出信号两大类。试验台采集的输入信号种类很多，常用的有压力、流量、转矩、转速、应变力、噪声、温度、液位及清洁度等；输入信号的物理形式有电压型（0~5V、0~10V、-10V~+10V等）、电流型（0~20mA、4~20mA等）、电阻型（PT100、PT1000等）、热电偶型（mV）、脉冲型（5V、24V等）、二进制格雷码（5V、24V等）等。试验台控制信号的种类有比例阀开度、电机转速等；输出信号的物理形式有电压型（0~10V、-10V~+10V等）、电流型（0~20mA、4~20mA、PWM等）。随着总线仪表的普及，很多总线仪表也被应用到工程机械液压试验台系统中，常见的总线协议有PROFIBUS-PA、CAN总线等，多采用485总线的方式接入信号采集系统。②信号特性由于工程机械液压试验台主要用于研发试验、性能测试、出厂测试等用途，所以试验台对所采集信号的要求比一般应用要高很多，要求信号采集的精度一般在0.1%以上，采样频率在1000Hz以上，并且采样频率还要可以根据需要进行调节。要满足这样的信号采集要求就要设计专门的软硬件系统，硬件方面需要专用的高速高精度采集模块或板卡，软件方面需要专业工程机械液压试验台信号采集软件和数据库。由于试验台信号采集系统具有模拟量信号数量多，种类多，精度要求高，采集速度要求快的特点，相比一般工业系统和其他应用的信号采集系统更容易受到干扰。
2避免干扰的方法
2.1改善电磁干扰的布线技术
电动机电缆应独立于其他电缆走线，同时应避免电机电缆与其他电缆长距离平行走线，以减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰；控制电缆和电源电缆交叉时，应尽可能使它们按90°角交叉，同时必须用合适的线夹将电机电缆和控制电缆的屏蔽层固定到安装板上。控制电缆最好使用屏蔽电缆；模拟信号的传输线应使用双屏蔽的双绞线；不同的模拟信号线应该独立走线，有各自的屏蔽层，以减少线间的耦合，不能把不同的模拟信号置于同一公共返回线内；低压数字信号线可以使用单屏蔽的双绞线，有条件的情况下最好使用双屏蔽的双绞线。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆模拟信号和数字信号的传输电缆，应该分别屏蔽和走线，使用长度应尽量短些。电缆屏蔽层应单端接地，防止双端接地或多点接地产生的对地环流。此外，信号采集设备距离试验设备应尽量近，尽可能设计成一体式，如不能设计成一体式，应使两者接地等电位，防止接地不同形成接地环流。
2.2液压试验平台的技术参数的要求方法
①液压元件试验：机械驱动参数：最大功率315kW，转速600~3000r/min，转矩2000N•m；液压动力源：压力42MPa，流量2×600L/min；旋转驱动装置：最大转矩2000~50000N•m，转速0~3000r/min。②液压系统试验：可对液压系统和控制系统进行模拟试验。③液压件容腔可靠性试验：压力0~300MPa；冲击频率0.5~1.5Hz；压力上升速率100~550MPa。④液压元件试验环境：油液状态控制：对油液的温度进行控制，保证油液温度维持在设定的稳定范围内；同时对油液污染进行控制，利用专门的污染注入系统，控制包括油箱油液在内的油液中的微粒子和水污染。液压噪声试验室：最低截止频率63Hz；自由场半径R1.5m；本底噪声20dB（A）。⑤测量系统应满足JB/T7033—2007要求，测量准确度等级不低于B级。
2.3工程机械液压系统性能试验台工作的方法
工程机械液压系统试验台采用模块化、多接口、通用化设计，整个系统组成包括：油箱、变频工作泵组、二通插装阀、电磁换向阀、比例溢流阀、管路等组成。由于系统变频工作泵组和变频转向泵组的系统原理一样，这里只对工作泵组系统原理进行说明。液压油从油箱经滤油器后进入变频工作泵，工作泵出口设有先导电磁溢流阀，电磁阀为H机能，未通电时，溢流阀卸荷，液压油经溢流阀直接回油箱。溢流阀正常工作时，泵出口油进入供油分流阀块，分流阀块中的二位四通电磁阀用于控制液压油是否经过流量计，系统进行测量时，电磁换向阀导通，液压油通过流量计；不进行测量时，液压油直接通过二通插座阀，从插装阀出来的系统油经管路进入比例加载阀，通过改变比例加载阀来无级控制系统的压力，液压油经比例加载阀流出后直接回油箱。
2.4直流电源的选用
由于直流开关电源具有效率高，体积小等特点，广泛应用在控制和测试领域，但因为直流开关电源是由高频切断电路调节占空比进而调节输出电压，再经过整流滤波后产生直流电源的，虽然经过滤波处理，但仍有一定的杂波，这种电源一般仅在开关量控制及精度不高，响应要求不高的测量及控制电路中使用。直流线性稳压电源一般是将输出电压取样后与参考电压送入比较电压放大器比较后，进而调整其输出电压，具有精度高，没有高频杂波等特点。工程机械液压试验台信号采集系统对信号的精度及响应速度的要求都很高，所以应采用直流线性稳压电源为信号采集系统供电。
结束语
我公司工程机械液压试验台信号采集系统是较复杂和庞大的采集系统，以多路阀性能测试系统为例，通过研究与应用表明，液压系统性能检测试验台实现了一机多用，拆装方便，测量范围大，精度高，容原位检测与分体测试于一体。操作简单，界面友好，测试效率高；测试参数比较全面，能同时实现流量、压力、温度、油箱油位、液压缸推力参数的测量，并且作出分析报表。可以实现对液压缸、液压马达等重要液压零部件的出厂检验和大修之后的修竣检验，也可实现工程机械的在线检测与故障诊断。它的应用，将有力地提高我国液压系统的智能化检测水平。
参考文献：
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论文作者:张久玺
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/16
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