专利名称：一种旋挖钻机电气仿真测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气系统的仿真和测试技术领域，尤其涉及一种旋挖钻机电 气仿真测试系统。
背景技术：
旋挖钻机是一种适用于建筑基础工程成孔作业的施工机械，广泛用于市 政建设、公路桥梁、高层建设等基础施工工程，配合不同的钻具，适用于干 式、湿式及岩层的成孔作业。旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向 压力大、机动灵活、施工效率高及多功能等优点。
电气系统是旋挖钻机的核心之一，电气系统所使用的电子元器件和电气 系统本身的性能优劣直接影响到旋挖钻机的可靠性、使用性和维护性。为了 提高旋挖钻机的整体性能，有必要对电气系统的电子元器件进行性能测试和 篩选，同时有必要对电气系统进行整体的性能测试和优化。
有关的机械设计工程师、液压设计工程师、电气设计工程师、装配工人、 质检人员和操作机手对旋挖钻机电气系统的操作通过上机操作训练得以实 现。这种训练方法存在许多问题，例如新手操作容易出现安全事故，同时还 受到时间、经济条件的限制。所以有必要对旋挖钻^L的电气系统进行仿真， 从而使得有关人员能在实际操作之前，通过在这套仿真系统的培训，可以安 全、方便且迅速的掌握旋挖钻机电气系统的操作。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了 一种旋挖钻机电气仿真测试系统。 一种旋挖钻机电气仿真测试系统，包括模仿装置、操作信号采集单元、
操作信号处理单元、仿真单元、显示单元；
所述模仿装置用于模仿旋挖钻机操作手对旋挖钻机电气系统的各种操作
动作并向所述操作信号采集单元发送各个操作动作的操作信号；
所述操作信号采集单元用于采集所述模仿装置的操作信号并将该4乘作信号发送到所述操作信号处理单元；
所述操作信号处理单元用于接收所述操作信号采集单元采集的操作信
号，对该信号进行相应处理并输出处理结果；
所述仿真单元包括主巻扬升降仿真子单元、辅巻扬升降仿真子单元、上 车左右回转仿真子单元、动力头正反转仿真子单元、加压油缸伸缩仿真子单 元、变幅油缸伸缩仿真子单元、立倒桅仿真子单元、桅杆左右纠偏仿真子单 元、左履带前后行走仿真子单元、右履带前后行走仿真子单元，其用于接收 所述纟喿作信号处理单元的处理结果并对该结果进行仿真；
所述显示单元用于显示所述仿真单元的仿真结果；
所述模仿装置的操作信号输出端与所述操作信号采集单元的操作信号输 入端连接，所述操作信号采集单元的操作信号输出端与操作信号处理单元的 操作信号输入端连接，所述操作信号处理单元的处理结果输出端与仿真单元 的处理结果输入端连接，所述仿真单元的仿真结果输出端与显示单元的输入 端连接。
优选地，所述模仿装置包括左纟喿作手柄、右4乘作手柄、调桅手柄、左脚 踏板和右脚踏板。
优选地，所述操作信号采集单元为PLC及扩展模块。
优选地，所述操作信号处理单元为工控机信号处理单元。
优选地，所述仿真单元为工控积4莫拟平台。
优选地，所述显示单元包括显示器。
优选地，还包括测试信号采集单元、测试信号处理单元；
所述测试信号采集单元用于采集元器件或系统整体的测试信号并将该测 试信号发送到所述测试信号处理单元；
所述测试信号处理单元用于接受所述测试信号采集单元所采集的测试信 号，并对该测试信号进行处理；
所述显示单元还显示所述测试信号处理单元的处理结果；
所述测试信号采集单元的测试信号输出端与所述测试信号处理单元的测 试信号输入端连接，所述测试信号处理单元的测试结果输出端与所述显示单
元的ilr入端连4妄。优选地，所述测试信号处理单元为工控机测试平台。
优选地，所述测试信号采集单元包括PLC及扩展^f莫块和PCI通讯卡。 优选地，所述显示单元还包括打印机。
优选地，还包括存储单元，所述存储单元用于存储测试信号的处理结果， 该存储单元的输入端与所述测试信号处理单元的处理结果输出端连接。
本发明提供的旋挖钻机电气仿真测试系统，可以仿真旋挖钻机电气系统 的各种操作、实际工作中的环境及任务等，避免了新手使用旋挖钻机时存在 的安全隐患，同时大幅度增加了学员的训练时间，使学员能真正熟悉旋挖钻 机的各种操作技巧和技能。
在优选方案中，该^:挖钻^L电气仿真系统还包括测试信号采集单元、测 试信号处理单元；所述测试信号采集单元用于采集元器件或系统整体的测试
信号并将该测试信号发送到所述测试信号处理单元；所述测试信号处理单元
用于接受所述测试信号采集单元所采集的测试信号，并对该测试信号进行处
理；所述显示单元还显示所述测试信号处理单元的处理结果；所述测试信号 采集单元的测试信号输出端与所述测试信号处理单元的测试信号输入端连 接，所述测试信号处理单元的测试结果输出端与所述显示单元的输入端连接。 所述测试信号采集单元可以采集旋挖钻机电气系统中的元器件的信息和旋挖 钻机电气系统的整体信息，测试信号处理单元对这些信息进行处理，然后显 示单元显示处理结果，从而实现对旋挖钻机中的元器件的性能和旋挖钻机电 气系统的整体性能的测试。
这样，通过对旋挖钻机电气系统中的元器件的性能测试和筛选，可以剔 除存在质量问题的元器件，使电子元器件的质量得到保证，即提高了电气系 统的可靠性，同时也提高了产品的安全性；通过对发生故障的电气系统元器 件的测试，判断其损伤程度，对可修复的元器件进行修复和再利用，从而减 少损失；通过对旋挖钻机电气系统的整体性能的测试，可以对系统的硬件体 系和连接方式进行优化、组合，从而提高旋挖钻机电气系统的整体性能。
图1为第一实施例提供的旋挖钻机电气仿真测试系统的硬件结构示意图2为第一实施例提供的旋挖钻机电气仿真测试系统的仿真流程图； 图3为第二实施例提供的旋挖钻机电气仿真测试系统测试部分的硬件结 构示意图4为第二实施例提供的旋挖钻机电气仿真测试系统测试部分的测试流 程图5为第三实施例提供的旋挖钻机电气仿真测试系统测试部分硬件的结 构示意图6为第三实施例提供的旋挖钻机电气仿真测试系统测试部分的测试流 程具体实施方式
以下结合附图对本发明的内容进行描述，以下的描述仅是示范性和解释 性的，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
请参看图1,图l为第一实施例提供的旋挖钻机电气仿真测试系统的硬 件结构示意图。
如图l所示，该系统包括工控机、PLC及扩展模块、显示器、键盘、鼠 标、左操作手柄、右操作手柄、调桅手柄、左脚踏板、右脚踏板，工控机内 装有工控机信号处理单元、工控机仿真平台，工控机仿真平台内包括主巻扬 升降仿真子单元、辅巻扬升降仿真子单元、上车左右回转仿真子单元、动力 头正反转仿真子单元、加压油缸伸缩仿真子单元、变幅油缸伸缩仿真子单元、 立倒桅仿真子单元、桅杆左右纠偏仿真子单元、左履带前后行走仿真子单元、 右履带前后行走仿真子单元；左操作手柄、右操作手柄、调桅手柄、左脚踏 板、右脚踏板与PLC及扩展模块的操作信号采集端连接，PLC及扩展模块的 操作信号输出端与工控机的操作信号输入端连接，工控机的输出端连接有显 示器。
左操作手柄、右操作手柄、调桅手柄、左脚踏板、右脚踏板可以模仿旋 挖钻机操作手对旋挖钻机电气系统的各种操作动作，PLC及扩展模块采集左 操作手柄、右操作手柄、调桅手柄、左脚踏板、右脚踏板的操作信号，并将该操作信号发送给工控机，工控机中操作信号处理单元对该操作信号进行处 理并将处理结果发送给工控机仿真平台，工控机仿真平台接收工控机中操作 信号处理单元的处理结果并对该结果进行仿真，在显示器上动态的^f莫拟旋挖 钻机电控系统的运行状态及旋挖钻机车体的相关运行情况和运动参数。
以下介绍该旋挖钻才几电气仿真测试系统的仿真流程。
如图2所示，仿真流程包括以下几个步骤。
步骤IOI,判断仿真类型。工控机仿真平台根据PLC及扩展模块所发送 的操作信号，判断仿真类型。工控才几仿真平台中的仿真类型包括主巻扬升降 的仿真、辅巻扬升降的仿真、上车左右回转的仿真、动力头正反转的仿真、 加压油缸伸缩的仿真、变幅油缸伸缩的仿真、立倒桅的仿真、桅杆左右纠偏 的仿真、左履带前后行走的仿真、右履带前后行走的仿真等.
步骤102,三维动态显示旋挖钻机动作。
步骤103,显示旋挖钻机的运动信息。
步骤104，判断仿真是否结束，若不结束进入步骤101,若结束进入步骤
105
步骤105,仿真结束。
下面以主巻扬升降的仿真为例，简单介绍该旋挖钻机电气仿真测试系统 的操作过程。
按住右操作手柄正面左下方的按钮，同时后拉左操作手柄，则显示器三 维显示旋挖钻机主巻扬上升工况；按住右操作手柄左下方按钮，同时前推左 操作手柄，则显示器三维显示旋挖钻机主巻扬下降工况。在主巻扬升降的仿 真过程中，显示器同时显示主巻扬的位置和主巻扬速度。
上述实施例介绍了旋挖钻机电气仿真测试系统的仿真部分，优选地，该 旋挖钻机电气仿真测试系统还包括测试部分。仿真部分在第一实施例中已经 做了详细介绍，以下两个实施例仅对该旋挖钻机电气仿真测试系统的测试部 分进4于介绍。
请参看图3,图3为第二实施例提供的旋挖钻机电气仿真测试系统硬件 结构示意图。
如图3所示，该系统包括工控机、PCI通讯卡、PLC及扩展模块、显示器、打印机、4定盘、鼠标，其中PCI通讯卡、PLC及扩展模块可以采集旋挖
钻机电气系统的元器件的信息，PCI通讯卡、PLC及扩展模块的测试信号输
出端与工控机的测试信号输入端连接，工控机连接有显示器、键盘、鼠标， 工控才几内装有测试平台。
PCI通讯卡、PLC及扩展模块分别采集旋挖钻机电气系统的元器件的信 息，发送到工控机，工控机内的测试平台对所述信息进行处理，实现对元器 件的测试，测试结果通过显示器、打印机输出，也可通过U盘等介质存储。
以下介绍该旋挖钻机电气仿真测试系统的测试流程。
如图4所示，测试流程包括以下步骤。
步骤201，选择测试元器件的类型。不同的元器件所要测试的性能是不 同的，对控制器、显示器和倾角传感器，主要测试其CANOPEN的通讯性能， 对调桅手柄主要测试其中的X、 Y轴电位器的特性，对编码器主要测试其转 动特性。
步骤202,进行元器件的性能测试。对控制器、显示器和倾角传感器测 试时，测试平台通过工控才几和PCI通讯卡与其进^f于通讯；对编码器测试时， 通过键盘和鼠标输入测试的转数，转动编码器的输出轴到相应的转数，PLC 及扩展模块采集编码器的输出脉沖到工控机，测试平台进行分析计算；对调 桅手柄测试时，分别推动手柄向前、后、左、右四个方向运动，PLC及扩展 模块采集并处理相应电位器的电压输出信号，工控机测试平台接收并分析该 信号。
步骤203,判断元器件是否合格。根据步骤202的测试结果判断所测试 的元器件是否合格。
步骤204,输出测试结果。测试结果通过显示器或打印机输出，也可以 通过U盘等介质存储。
步骤205,测试结束。
上述实施例是旋挖钻机电气仿真测试系统对元器件性能的测试，本发明 提供的旋挖钻机电气仿真测试系统还可以对旋挖钻才几电气系统的整体性能进 行测试，第三实施例将对此进行简单介绍。
请参看图5，图5为第三实施例提供的旋挖钻机电气仿真测试系统测试硬件的结构示意如图5所示，该系统包括工控机、PLC及扩展才莫块、控制器、电气系统、 显示器、打印机，控制器的测试信号输入端连接电气系统，控制器的信号输 出端连接PLC及扩展模块的信号采集端，PLC及扩展模块的信号输出端连接 工控机的信号输入端，工控机的输出端连接有显示器、打印机，工控机内装 有测试平台。
以下介绍该旋挖钻机电气仿真测试系统的测试流程。
步骤301，进行电气系统整体性能测试。PLC及扩展模块通过控制器采 集电气系统的整体信息，并将该信号发送到工控机，工控机的测试平台对该 信息进行处理，根据控制器的输出信号，调整输出画面，根据控制器的输入 信号，得到控制器的期望输出信号。
步骤302,判断电气系统是否合格。4巴控制器的期望输出信号与实际输 出信号进行对比，从而判断旋挖钻机电气系统的整体性能。
步骤303,输出测试结果。测试结果通过显示器、打印机输出，也可通 过U盘等介质存储。
步骤304,测试结束。
上所述仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的 有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改 进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求1. 一种旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，包括模仿装置、操作信号采集单元、操作信号处理单元、仿真单元、显示单元；所述模仿装置用于模仿旋挖钻机操作手对旋挖钻机电气系统的各种操作动作并向所述操作信号采集单元发送各个操作动作的操作信号；所述操作信号采集单元用于采集所述模仿装置的操作信号并将该操作信号发送到所述操作信号处理单元；所述操作信号处理单元用于接收所述操作信号采集单元采集的操作信号，对该信号进行相应处理并输出处理结果；所述仿真单元包括主卷扬升降仿真子单元、辅卷扬升降仿真子单元、上车左右回转仿真子单元、动力头正反转仿真子单元、加压油缸伸缩仿真子单元、变幅油缸伸缩仿真子单元、立倒桅仿真子单元、桅杆左右纠偏仿真子单元、左履带前后行走仿真子单元、右履带前后行走仿真子单元，其用于接收所述操作信号处理单元的处理结果并对该结果进行仿真；所述显示单元用于显示所述仿真单元的仿真结果；所述模仿装置的操作信号输出端与所述操作信号采集单元的操作信号输入端连接，所述操作信号采集单元的操作信号输出端与操作信号处理单元的操作信号输入端连接，所述操作信号处理单元的处理结果输出端与仿真单元的处理结果输入端连接，所述仿真单元的仿真结果输出端与显示单元的输入端连接。
2. 根据权利要求1所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，所述 模仿装置包括左操作手柄、右操作手柄、调桅手柄、左脚踏板和右脚踏板。
3. 根据权利要求1所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，所述 操作信号采集单元为plc及扩展模块。
4. 根据权利要求1所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，所述 操作信号处理单元为工控机信号处理单元。
5. 根据权利要求1所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，所述 仿真单元为工控机模拟平台。
6. 根据权利要求1所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，所述显示单元包括显示器。
7. 根据权利要求l-6任一项所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在 于，还包括测试信号采集单元、测试信号处理单元；所述测试信号采集单元用于采集元器件或系统整体的测试信号并将该测 试信号发送到所述测试信号处理单元；所述测试信号处理单元用于接受所述测试信号釆集单元所采集的测试信 号，并对该测试信号进^f于处理；所述显示单元还显示所述测试信号处理单元的处理结果；所述测试信号采集单元的测试信号输出端与所述测试信号处理单元的测 试信号输入端连接，所述测试信号处理单元的测试结果输出端与所述显示单元 的输入端连接。
8. 根据权利要求7所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，所述 测试信号处理单元为工控机测试平台。
9. 根据权利要求7所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，所述 测试信号采集单元包括PLC及扩展模块和PCI通讯卡。
10. 根据权利要求7所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，所 述显示单元还包括打印机。
11. 根据权利要求7所述的旋挖钻机电气仿真测试系统，其特征在于，还 包括存储单元，所述存储单元用于存储测试信号的处理结果，该存储单元的输 入端与所述测试信号处理单元的处理结果输出端连接。
专利摘要本实用新型提供了一种旋挖钻机电气仿真测试系统，该系统包括模仿装置、操作信号采集单元、操作信号处理单元、仿真单元、显示单元；所述模仿装置的操作信号输出端与所述操作信号采集单元的操作信号输入端连接，所述操作信号采集单元的操作信号输出端与操作信号处理单元的操作信号输入端连接，所述操作信号处理单元的处理结果输出端与仿真单元的处理结果输入端连接，所述仿真单元的仿真结果输出端与显示单元的输入端连接。该旋挖钻机电气仿真测试系统可以仿真旋挖钻机电气系统的各种操作、实际工作中的环境及任务等，避免了新手使用旋挖钻机时存在的安全隐患，同时大幅度增加了学员的训练时间，使学员能真正熟悉旋挖钻机的各种操作技巧和技能。
文档编号G01R31/00GK201307142SQ20082012374
公开日2009年9月9日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者冯志雄, 王亮清, 黄志明, 黎中银 申请人:北京市三一重机有限公司