Texas A&M University - LabVIEW를 이용한 자동화된 지질 평가 시스템 구현

Author(s):
C. Aubeny, P. Roschke, M. Linger, J. Carter 박사 - Texas A&M University 토목공학과

Industry:
Machines/Mechanics

Products:
LabVIEW, Data Acquisition

The Challenge:
직접 전단 시험(direct shear test)으로 토질 강도 연구를 위한 실험 데이터를 수집해야 한다.

The Solution:
LabVIEW로 제어되는 DAQ 보드가 있는 PC 기반 시스템으로 토양 속성에 대한 연구를 개선합니다.

Texas A&M University의 지질 공학 프로그램에서는 계속해서 토양 속성과 특성에 대한 연구를 개선할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다. 토양의 강도와 상태를 결정하는 것이 특히 중요합니다. 기존에는 직접 전단 시험이나 암반 3축 제한 압축 시험(triaxial confined compression Test)과 같이 실험실에서 이루어지는 시험에서 장비를 수동으로 작동해야 했으므로 테스트 장치의 최대 잠재력이 제한되고 데이터 샘플링 분해능 결과도 형편 없었습니다.

직접 전단 시험기(Direct Shear Machine) 자동화
Texas A&M University의 지질 공학 프로그램에서 학부와 대학원 실험실 설비를 자동화하기로 결정했습니다. 비용, 서비스, 신뢰성, 사용자 편이성 및 시스템 유연성에 대해 고려한 다음 인스트루먼트 제어와 수집을 위해 LabVIEW 소프트웨어와 MIO-16E DAQ 보드를 선택했습니다. 그리고 이들 컴포넌트를 Pentium 데스크탑 PC 및 Pentium III 500MHz 랩탑 PC에 설치했습니다. 지질 공학 실험실에서 이루어지는 실험에서는 장단기 변위(displacement), 온도 및 하중(load)을 측정해야 합니다.

ELE 직접/잔류 전단 시험기

대부분의 실험실 장비를 수동이나 직렬 RS-232 통신 루틴을 통해 LabVIEW로 제어할 수 있습니다. 종종 제어가 입력 함수로 자동 조정되기도 합니다. 자동화를 위해 선택한 첫 번째 장비는 ELE D-300A 시리즈 직접/잔류 전단 시험기였으며 이 장비를 사용하면 토양 샘플의 전단 강도의 특성을 분석할 수 있습니다.

프로그램 기능
사용된 프로그램의 기본적인 토대는 3개의 주요 섹션 즉, 설치 및 초기화, 인스트루먼트 제어 그리고 데이터 수집으로 이루어집니다. 설치 및 초기화는 실험의 어느 단계에서든 접근 가능해야 합니다. 이 섹션은 파일 쓰기의 위치와 주파수 등과 같은 옵션을 제어하고 인스트루먼트 교정을 촉진합니다. 인스트루먼트 제어와 데이터 수집은 제어에 영향을 주는 입력이 가능하도록 상호 링크됩니다. 실시간 데이터 처리와 함께 사용되는 준 하드웨어(semi-hardware) 타임 버퍼링 입력이 데이터 수집의 기초가 됩니다. 화면의 풀다운 메뉴에서 8개의 입력과 제어를 적절히 모니터링할 수 있습니다.

변형 함수로서의 전단 응력

직접 전단 시험기의 몇 가지 특정 제어 기능은 다음과 같습니다.
1. 주어진 속도로 앞뒤 이동합니다. 하드웨어 작동 시 속도와 방향을 모두 변경할 수 있습니다.
2. 데이터 포인트를 설정하고 그 포인트로 자동 복귀합니다.
3. 일련의 속도와 그 속도에서 실행되도록 적절한 시간을 입력한 일련의 움직임을 프로그래밍합니다.

직접 전단 시험에 사용되는 버추얼 인스트루먼트

다음은 몇 가지 데이터 수집 기능입니다.
1. 설정된 단일 샘플링 속도로 연속 데이터 수집
2. 설정된 단일 샘플링 속도로 원하는 개수 만큼 데이터 수집
3. 가변 하는 샘플링 속도로 원하는 개수 만큼 데이터 수집

결과
실험실에 구현된 유연성이야말로 LabVIEW의 가장 유용한 특징입니다. 모듈식 데이터 수집 절차를 프로그래밍하면 원본 코드를 조금 수정하는 것만으로도 여러 장비를 제어할 수 있는 다양한 프로그램을 구축할 수 있습니다.

장비 설정을 나타내는 회로도

그 결과 실험실에서의 시간과 장비를 보다 효율적으로 사용할 수 있게 되었으므로 여러 인스트루먼트의 기능이 향상되었습니다.

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C. Aubeny, P. Roschke, M. Linger, J. Carter 박사
Texas A&M University 토목공학과

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