Автоматизация циклических испытаний с Engee

Циклические испытания материалов – это задача, где важны не только механика установки, но и качество программного контура: нужно управлять нагружением, синхронно снимать данные с датчиков, сохранять результаты и видеть процесс в реальном времени.

В совместном проекте внедрения с Институтом физики твердого тела (ИФТТ) РАН мы проверяли, можно ли использовать Engee как основу для автоматизации установки циклических испытаний композитных материалов. Перед нами стояла прикладная задача: реализовать сбор данных с тензодатчика и датчика перемещения и управление сервоприводом.

На фото выше показана установка, с которой мы работали в рамках проекта: сервопривод с эксцентриком, механический узел нагружения, тензодатчик и датчик перемещения.

Что нужно было автоматизировать

Установка нагружает образец циклически. Серводвигатель через эксцентрик преобразует вращательное движение в поступательное движение нажимного ролика. В процессе испытания система должна фиксировать два параметра:

• перемещение образца;

• нагрузку с тензодатчика.

По этим данным строится кривая «сила – перемещение», которая позволяет анализировать поведение материала при циклической нагрузке.

В составе стенда использовались:

• серводвигатель переменного тока ELM1H-0200MA60F;

• серводрайвер EL7-RS400P;

• АЦП ADS1256;

• тензодатчик DYLY-106;

• датчик перемещения KTR-25 mm;

• Arduino Nano для сбора данных.

Постановка задачи

В рамках проекта нужно было собрать единый программно-аппаратный контур:

1. Снимать данные с тензодатчика и датчика перемещения в реальном времени.

2. Сохранять измерения в txt-файл с тремя колонками: время, перемещение, нагрузка.

3. Управлять сервоприводом: выполнять запуск и останов на заранее установленной скорости вращения.

Частота нагружения образца составляет 6 Гц. Чтобы достаточно подробно описывать кривую «сила – перемещение», требуется не менее 500 точек на период. Минимальная расчётная частота сбора данных получалась около 3 кГц, а целевая была задана с запасом – 10 кГц.

Для обмена данными между Engee и оборудованием используется платформа Engee.Интеграции. Она подключает Engee к внешним устройствам, интерфейсам, протоколам и программным средам через пакеты поддержки оборудования.

В нашем случае использовались блоки поддержки оборудования для:

• обмена по COM-порту;

• управления через Modbus.

Сбор данных

Измерительный контур был построен вокруг тензодатчика, датчика перемещения, АЦП ADS1256 и Arduino Nano.

Arduino считывает данные с АЦП, после чего перед отправкой по UART буферизует собранные значения. Такой подход нужен, чтобы сгладить неравномерности передачи и сохранить устойчивый поток измерений при высокой частоте сбора.

Далее данные передаются по UART/COM на компьютер, где Engee через Engee.Интеграции получает поток измерений и сохраняет его в файл для дальнейшей обработки — как в Engee, так и во внешних средах.

Управление сервоприводом по Modbus

Управляющий контур был реализован через Modbus. Из Engee в серводрайвер передаются команды, которые задают параметры движения:

• запуск привода;

• останов привода.

Это позволило уйти от ручного управления через штатное приложение сервопривода и включить привод в общий сценарий испытания. В результате логика измерений и логика управления оказываются в одной среде: оператор задаёт параметры, запускает испытание и наблюдает за данными без переключения между разными программами.

Что получилось в итоге

Проект показал, как можно собрать программный контур для испытательной установки на базе Engee: подключить измерительные каналы, организовать передачу данных через Arduino и COM, собирать данные и управлять сервоприводом по Modbus.

Ключевая идея проекта – использовать Engee не только как среду моделирования, но и как верхний уровень управления экспериментальной установкой.

Следующие шаги – длительный прогон на целевом числе циклов с оформлением воспроизводимой методики испытаний, а также разработка интерфейса оператора при помощи встроенного в Engee фреймворка Genie для разработки приложений.