【正文】 st a variety of airplane tyres for static mechanics performance for enhancing the stability and security of the desining the new airplane tyre ,the test of the sid direction of the footpath must be carried out in order to prove the adaptability of the airplane tyre under the greatest quiet load and the greatest restriction load. Since the two century china in the 1970s ,most of the apparatus are analog apparatus,which are made the control and observing testing inconvenient. Thus developed a highperformance bined radial and side load test machine has great significance. The observing and controlling platform is posed by the hydraulic pressure system and electrical task of this text is to finish studying and debugging the part of laboratory bench. This test presents the systematic design, selcecting hardware type,realizing hardware circuit and designing software of electric control systems in carriy on the systematic laboratory and systematic debugging on the spot. The focal point of the text is the design of the systematic hardware and software. The article addresses the system’s software and hardware in details. In the practical test, system’s reliability and stability has been proved .Control algorithms based on PID control through the debugging pressure control achieved good results.KEYWORDS the aircraft wheel’s radial and lateral direction, industrial controlling puter, the programmed logic controller, configuration software，PID control目錄第一章 緒論 1 研究背景 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 主要研究的問題及論文結(jié)構(gòu)概述 3 論文章節(jié)安排 4第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 5 系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)說明 5 系統(tǒng)控制要求 6 徑側(cè)向自動化臺的總體設(shè)計方案 7 徑側(cè)向自動化試驗裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 試驗臺本體和液壓系統(tǒng)設(shè)計 11 控制系統(tǒng)硬件選型 13 軟件總體方案設(shè)計 15第三章 徑側(cè)向試驗臺計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 20 電機(jī)控制主電路 20 I/O模塊設(shè)計 21 比例溢流閥設(shè)計 22 保護(hù)電路與電磁兼容性 23 保護(hù)電路設(shè)計 23 電磁兼容性 24第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 25 上位機(jī)軟件設(shè)計 25 組態(tài)軟件設(shè)計 25 上位機(jī)軟件各功能模塊設(shè)計 27 下位機(jī)PLC控制程序 29 PLC輸入輸出地址分配 29 液壓系統(tǒng)徑側(cè)向動作控制程序 31 誤差處理及軟件濾波 33 PID控制程序 37 工控機(jī)與PLC的通訊軟件設(shè)計 39第五章 現(xiàn)場調(diào)試 42 調(diào)試內(nèi)容與步驟 42 調(diào)試結(jié)果 43第六章 結(jié)束語 46致謝 48參考文獻(xiàn) 49第一章 緒論 研究背景隨著祖國航空航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，各種航天工具的開發(fā)和改進(jìn)，商用和軍用飛機(jī)輪胎的性能要求各不相同。該實驗臺采用工業(yè)控制計算機(jī)的應(yīng)用和嵌入式控制系統(tǒng)控制技術(shù)，屬于全數(shù)字化自動測控臺[1]；能實現(xiàn)實驗過程的全自動化，減輕了操作人員復(fù)雜的操作，減少了在人為操作控制因素下對測試精度的影響；加載曲線的實時顯示和打印，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控，使實驗過程更加安全可靠。從機(jī)械試驗機(jī)到模擬系統(tǒng)到自動控制系統(tǒng)的輪胎試驗機(jī)，不斷提高自動化測試水平，而且測試性能及各方面指標(biāo)都有極大提高。附加測試包括胎面接地面比例、負(fù)荷下胎面花紋動態(tài)性能測試等。近兩年來，在世界輪胎公司75強(qiáng)中，“米其林”、“普利司通”、“固特異”占有相當(dāng)大的市場，且負(fù)責(zé)各航空公司航空機(jī)輪的生產(chǎn)和檢測，其輪胎試驗機(jī)的自動化水平和測試性能指標(biāo)都處于世界領(lǐng)先地位。近幾年，隨著航空技術(shù)的發(fā)展和我國高速路的發(fā)展，促進(jìn)了我國輪胎業(yè)的發(fā)展，目前已有幾個廠家引進(jìn)了國外的先進(jìn)設(shè)備，且相應(yīng)的各類型輪胎試驗機(jī)也相繼面向市場，但普遍存在測試性能不高，自動化水平落后的現(xiàn)象。2001年國家標(biāo)準(zhǔn)管理委員會發(fā)表了輪胎動平衡試驗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[6]。如今國內(nèi)以引進(jìn)技術(shù)等形式建立了大型輪胎試驗場，可對各種不同類型的輪胎從性能方面進(jìn)行綜合測試，現(xiàn)國內(nèi)技術(shù)比較領(lǐng)先的是天津久榮公司所建立的綜合試驗場，可完成包括強(qiáng)度測試、耐久測試等16項不同性能方面的測試[8]，同時也承擔(dān)了制定國家輪胎測試標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。電液控制系統(tǒng)屬于本質(zhì)非線性和不確定性系統(tǒng)，如電液伺服閥的壓力—流量特性、液壓動力機(jī)構(gòu)(如非對稱缸)的摩擦特性和死區(qū)特性、負(fù)載特性等都是非線性；而不確定性因素則包括外來干擾力、溫度變化、油源壓力和流量脈動等。由于模擬器件的分散性和組成電路的特點，其控制功能簡單，難以適應(yīng)各種需要場合，并且存在明顯的溫度漂移和零點漂移。計算機(jī)控制系統(tǒng)則可避免上述弊端，參數(shù)設(shè)定可通過PC或總線完成，避免了活動元器件的機(jī)械磨損。 主要研究的問題及論文結(jié)構(gòu)概述該測試臺的電氣控制部分的任務(wù)是：、圖形曲線顯示打印主要研究的問題有： 論文章節(jié)安排本論文的設(shè)計就是就以上提出的任務(wù)問題進(jìn)行系統(tǒng)的論述，論文章節(jié)的具體安排如下：第1章 是緒論部分。第4章 是軟件系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)要求，設(shè)計了監(jiān)控系統(tǒng)，使監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)控功能。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計本章主要說明飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)，控制要求和技術(shù)要求，系統(tǒng)方案的選擇和論證。 側(cè)向載荷：如果飛機(jī)帶側(cè)滑接地(如側(cè)風(fēng)較大的時候)，機(jī)輪將受到側(cè)向載荷。加壓指令下達(dá)后，由計算機(jī)控制系統(tǒng)把施加在被測輪上的載荷值按標(biāo)度轉(zhuǎn)化后分別送給徑(側(cè))向比例溢流閥，從而控制比例溢流閥的開度，同時比例溢流閥的開度還能控制徑側(cè)向加壓機(jī)構(gòu)伸出與回程的速率。同時在試驗結(jié)果中給出末段最大加載壓力值，以判斷破壞性的成功與否。 系統(tǒng)控制要求 由于不同于普通輪胎的靜態(tài)力學(xué)性能壓力測試，其壓力試驗臺的控制要求也比一般壓力試驗臺有更嚴(yán)格控制要求及更復(fù)雜的控制過程，其具體表現(xiàn)在如下幾個方面：、500kN，每級按設(shè)定值10％增量施加；、側(cè)兩個方向分時加載，每級加載時間為10秒，且增加一級需停5秒（可任意調(diào)節(jié)）以便測量輪胎變形程度；，計算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面中顯示加載過程，并根據(jù)加壓情況給出報警和預(yù)報信息；，實現(xiàn)自動卸載功能，同時給出整體加壓曲線，給出試驗結(jié)果；加載給定曲線如圖22所示：P/T徑向壓力側(cè)向壓力40徑向回程30K：可調(diào)斜率20側(cè)向回程等待時間5s1010s2030406050510152535457065555st/s0圖22 航空機(jī)輪徑側(cè)向載荷給定曲線圖，試驗過程數(shù)據(jù)全部存儲，用于生成試驗報表和報警記錄；，判斷加壓過程值是否超出破壞性試驗設(shè)定值，如不滿足達(dá)到設(shè)定值，則試驗判斷為失??；，按側(cè)向每級加載滿足時間落后于徑向5秒開始，最終試驗完成階段，徑側(cè)向同時回程； 徑側(cè)向自動化臺的總體設(shè)計方案工業(yè)控制系統(tǒng)是以計算機(jī)為核心來控制生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)。與通用的計算機(jī)相比主要有以下特點有:1) 兼容性好、升級容易；2) 性能價格比高；3) 豐富的軟件支持；4) 通信功能強(qiáng)；5) 可靠性高，具有空氣過濾系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、減震裝置、防電磁干擾和抑制電涌裝置，使工控機(jī)的可靠性比一般計算機(jī)的可靠性提高3~4倍。DCS的主要特點可以歸結(jié)為:分散控制，集中管理。這樣保證了當(dāng)某一臺設(shè)備或某一部分出現(xiàn)故障時不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。而且PLC很好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。例如在輸入輸出(I/O)接口電路都采用光電隔離，做到電浮空，既方便接地，又提高了抗干擾性能。而PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。4）可連接為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)PLC可連接為功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)級連可以將不同類型的可編程控制器與計算機(jī)組成一個控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。同時由于該系統(tǒng)中有兩臺同步電動機(jī)在啟動和運行過程中很容易對控制信號產(chǎn)生電磁干擾，所以控制系統(tǒng)要具有很強(qiáng)的抗干擾能力。它的優(yōu)點是價格低，但開發(fā)周期長，尤其是它的可靠性得不到到保證。所以，本項目沒有選擇這種控制系統(tǒng)。諸如此類，導(dǎo)致盡管DCS系統(tǒng)性能優(yōu)良，但價格也非常昂貴，性能價格比并不高。由于PLC將三電(邏輯控制系統(tǒng)的電氣控制裝置、過程控制系統(tǒng)的電動單元組合儀表、運動控制系統(tǒng)的電氣傳動控制裝置)集于一體，所以其本身有很強(qiáng)的自治性，它對PLC網(wǎng)絡(luò)的通信速度要求比較低。更何況PLC本身具有良好的自治性，在關(guān)鍵場合又選用PLC冗余結(jié)構(gòu)，這樣即使PLC網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，仍可維持系統(tǒng)運行。計算機(jī)控制系統(tǒng)具備以下優(yōu)點[15][16]: ，硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響。徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺計算機(jī)系統(tǒng)的原理框圖如圖23所示： 圖23 徑側(cè)向自動化試驗裝置控制系統(tǒng)原理框圖在徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺計算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機(jī)的輸入和輸出是數(shù)字信號，因此需要A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器。徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)框圖如24所示。這個系統(tǒng)由油泵、送油閥、載荷保持器、四通閥、可控單向閥，而且有溢流閥、安全閥、以保證電測工作的順利進(jìn)行。1液體液溫計；2不銹鋼油箱；3電接點溫度計；4液位控制器；5空氣濾清器；6電動機(jī)（）；7定級變量油泵；8壓力過濾器；09回油過濾器；10比例溢流閥；11電子放大器（最大功率50W，輸入信號010V）；12常閉二通電磁閥；13液壓接頭；14微型軟管；15耐震壓力表；16電磁換向閥（1DT、2DT、3DT、4DT）；17 單向節(jié)流閥；18壓力傳感器（輸出信號010V）；19行程開關(guān)；20側(cè)載油缸；21載荷保持器；22球閥；23橡膠接頭；24冷卻器（7DT）；圖25 液壓系統(tǒng)原理圖其工作原理是：，4DT得電，側(cè)載油缸伸出直至被接觸被測件，壓力升至比例溢流閥調(diào)定壓力。、側(cè)載油缸無桿腔的準(zhǔn)確油缸壓力。： 用傳感器采集系統(tǒng)，通過放大器放大并且A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，提供給計算機(jī)系統(tǒng)。工業(yè)個人計算機(jī)就以其性能可靠、軟件豐富、價格低廉而廣受歡迎而且得到了很大的發(fā)展。CPU及各功能模塊皆使用插板式結(jié)構(gòu)，并帶有壓桿軟鎖定，提高了抗沖擊、抗振動能力。(底板)，方便系統(tǒng)升級。對于下位機(jī)的選擇，主要是選擇可編程邏輯控制器及其配套設(shè)備的選型?；谝陨戏治觯x擇西門子公司的 PLC S7300產(chǎn)品[17][18]。其中電源模塊選取的是PS307，輸出電流 5A。同時 CPU314的主存儲器是64K字節(jié)，配上合適的 MMC后就能夠滿足試驗臺的編程要求。這樣既滿足了當(dāng)前控制的要求，又為以后系統(tǒng)擴(kuò)展留下了充足的空間。根據(jù)上下位機(jī)的特點（上位機(jī)是工業(yè)計算機(jī)，可以方便擴(kuò)展通訊卡；下位機(jī)為PLC，其CPU為CPU314，自帶MPI通訊口），選用MPI通訊方式[19]。獨立加壓只能加徑向壓力，因為輪胎不可能在沒有承受徑向壓力的時候就承受了側(cè)向壓力，所以在程序中不允許有側(cè)向獨立加壓的情況。圖26聯(lián)合加壓程序框圖徑向加壓子程序框圖如圖27所示，側(cè)向加壓子程序與徑向加壓子程序基本原理一致。試驗開始時系統(tǒng)可以自動運動接觸到被測機(jī)輪，然后將設(shè)定的目標(biāo)徑側(cè)壓力分10級逐級加壓，顯然，在徑側(cè)向聯(lián)合加壓時為了保證側(cè)向加壓時不打滑，必須先加徑向壓力，然后再加側(cè)向壓力。圖27 徑向加壓子程序框圖同時初始加載中，為防止加壓失效和加壓突然過大，在判斷機(jī)輪是否接觸到試驗臺面方面，設(shè)定了一常數(shù)值和一保護(hù)值。在完成每級壓力加壓后，判斷是否完成了10級的加 n壓任務(wù)作為回程標(biāo)準(zhǔn)，并徑向完成后停留15S等待側(cè)向加壓完成，然后同時回程，以保證試驗的成功和安全性。電機(jī)控制主電路原理圖如圖31所示：在此電路中，QF3是總電源開關(guān)，只有總電源開關(guān)閉合了，才能對電機(jī)進(jìn)行控制。在三相電動機(jī)運行中，由于