基于组态王和SQL的土工合成材料各向异性直剪试验操作系统研发

2016-05-26山西省交通科学研究院太原030006

山东工业技术 2016年2期

孙贝,李洋,刘晓（山西省交通科学研究院,太原 030006）

孙贝,李洋,刘晓
（山西省交通科学研究院,太原 030006）

摘要：提出一种基于组态王和SQL的土工合成材料各向异性直剪试验操作系统，实现了系统工作状态实时监控、试验数据实时监测、剪切性能参数的处理输出等功能。结果表明，土工合成材料各向异性直剪试验操作系统操作方便，试验数据准确可靠，可指导直剪试验的智能规范进行。

关键词：组态王；SQL；各向异性；系统研发

1 前言

土工合成材料与土体界面的相互作用属不同介质之间的问题，是当今岩土工程的热点问题之一。筋-土界面上的摩擦阻力系数则是加筋土结构设计和分析的重要参数，性能参数的精准测量对实际土体加筋工程具有重要指导意义[1-2]。我院自主研发一套充分考虑土工合成材料力学性能各项异性的新型直剪设备，避免了现行规范中试验测试值与土工合成材料实际受力特性严重不符的问题，有效地解决了土工合成材料工程应用中存在的安全隐患。同时，搭建一套基于组态王与SQL数据库的直剪试验操作系统，实现了系统工作状态实时监控、特征数据实时显示，数据及参数曲线输出、存储、查询等功能，并对试验数据进行处理，获得了国家规范要求的土工合成材料剪切性能参数系列评价指标，计算结果准确可靠。

2 土工合成材料各向异性直剪仪介绍

直剪设备主要包括机械、气动以及电气控制三大系统，如图1所示。机械部分主要包括机架、顶尖、回转驱动、气缸支撑架、上下剪切盒、直线导轨副等；气动部分主要由气缸、空压机、阀体等组成；电气控制系统主要由伺服电动缸、可编程控制器、传感器、触摸屏等组成。

本设备采用整体式机架，结构紧凑，系统刚度大、强度高，极好地降低了导轨变形率，为直剪性能参数的精准测量建立结构基础。上剪切盒外部形状采用正八边形以便于顶尖定位、加强系统可靠性及可加工性，同时相较于四边形、六边形等形状有效减小下剪切盒内径，进而减小回转驱动尺寸，降低整机尺寸及重量。高性能回转驱动实现下剪切盒0～360°任意角度精确旋转，实现土工格栅各向异性性能参数直接测量，完美解决了现行规范试验测试值与土工合成材料实际受力特性严重不符的问题，同时回转驱动具备自锁功能以保证直剪试验中剪切面不发生旋转，保证直剪试验准确。

采用气动加压结合数据实时采集模块，对压力进行实时调节，保压时间高达2h且气压变化率≤0.1%，实验过程压力稳定确保试验采集数据准确可靠。采用高精度伺服电动机与压力传感器联合控制的方法，使剪切速度、剪切位移、剪切力得到精确控制，设备性能参数如表1所示。

3 直剪试验操作系统

（1）系统功能介绍。直剪试验操作系统用来指导操作人员安全高效、智能规范的开展土工合成材料剪切性能检测，实现系统工作状态实时监控、特征数据实时显示及剪切性能数据及曲线输出、查询等功能。本系统共分为系统菜单、操作功能按钮、法向应力与实验时间显示、状态指示灯以及用户登录/退出等5个功能区，如图2区域1～5所示。

系统菜单分为系统说明、参数设置、实时数据、数据输出、系统调试以及报警信息5个功能模块。法向压力及实验时间反应实验过程实时法向应力以及实验剩余时间。状态指示灯区域包括5个状态指示灯，系统状态正常色为绿色，异常时为红色；运行状态运行过程为绿色，试验停止为灰色；报警状态未出现报警为绿色，出现伺服异常、行程超出范围、电机超载、压力气路连接异常等状况时为红色；法向应力正常为绿色，应力波动范围超出理论法向应力的2%时指示灯为红色。限位状态反应剪切位移是否超出行程范围，正常为绿色，超限则为红色。

（2）系统操作流程及SQL实现。打开/退出组态王，进行SQL连接/连接，功能实现命令语言为：SQLConnect(IDDevice,"dsn=;uid=; pwd=")，SQLDisconnect(\本站点IDDevice)

上述命令语言实现了组态王与SQL数据源的连接/断开，将此命令写入组态王应用程序命令语言的启动/结束中，以实现系统开始运行时就可以连接/断开到数据库[3]。

进入【系统调试】界面，调试各功能按钮与数据显示框，检查系统是否正常；进入【参数设置】界面，输入实验参数和运动参数；点击【加压】按钮，并根据界面中间法向应力显示框进行调整直至试验理论值；点击【预压】，弹出预压界面，并进行系统预压5 min以保证后续实验过程压力稳定。

预压结束，点击【电机使能】按钮，若参数输入不合理则弹出提示窗口，输入合理则电机上电，功能实现命令语言如下：SQLCreateTable( \本站点IDDevice,\本站点实验时间与日期, "直剪仪实时数据")

上述命令语言实现了按照设定表格模板的格式在数据库中以实验日期与时间新建数据表格，将此命令写入【电机使能】按钮的按下时，以实现数据库表格的创建。

点击【开始】，进入【实时数据】界面开始实验，每10s将数据存一次，命令语言如下：

SQLInsert(\本站点IDDevice,\本站点实验时间与日期, "直剪仪实时数据")

组态王将记录体相关联的变量当前值插入到SQL数据库表格中，从而生成一条新的记录，达到将组态王中的数据写到外部数据库的目的。

实验时间为0或者点击【停止】按钮，进入数据是否保存对话框，若删除当前试验数据则命令语言如下：

SQLSelect( \本站点IDDevice, "实验时间汇总", "报表名", "", "" );

SQLDelete(\本站点IDDevice, "实验时间汇总",whereexpr);

点击【卸压】按钮；点击【归零】按钮，并弹出系统回零等待界面，当回零动作完成后，该窗口自动关闭；点击【电机去使能】按钮，关闭电机；若继续进行实验，点击【加压】按钮并按照步骤3-11开展实验，若结束实验则点击【结束】按钮。

进入数据输出开展后期数据处理。数据输出分为【数据报表】和【曲线输出】两个功能，先从“实验时间选择”下拉列表框中选择相应试验数据日期，之后根据需要选择报表/曲线预览、打印、删除等功能。

下拉列表框日期显示SQL实现语言如下：

SQLSelect( \本站点IDDevice, "实验时间汇总", "记录报表名", "", "" );

SQLNext( \本站点IDDevice);

当需要将数据库中的数据调入组态王来显示，将此命令写入相应功能按钮按下时，并添加查询下一条记录的命令，实现数据库数据的逐条查询。

4 试验实例数据处理

本文从“实验时间选择”下拉列表框中选择“2015年5月26日11时23分”数据为处理实例，依次实现数据的报表预览、曲线显示，数据处理结果如图3所示，并处理计算剪切位移与剪切力关系，如图4所示。

图3（b）所示曲线可依据需要选择坐标轴，仅选择一项则默认时间为横轴，若选择两项则第一选择项为横轴，第二选择项为纵轴。点击【选取】按钮后，曲线显示控件的横/纵轴量程将依据实验数据进行合理调整。图4所示曲线给出了剪切位移与剪切力关系图，并能根据需要通过“实验时间选择”添加多条曲线实现数据对比，实现曲线保存、打印和清空操作。