【正文】 臺(tái)上，輕松地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制畫(huà)面和控制策略的構(gòu)造，并得到及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)表。 在與外部通信方面， ControX2020 不僅提供了與國(guó)內(nèi)外廣大 PLC 常用品牌的通訊驅(qū)動(dòng)程序，還提供了與各種品牌板卡、變頻器、智能儀表以及智能模塊的數(shù)據(jù)通訊連接。其中系統(tǒng)全部開(kāi)關(guān)量由控制操作模塊向下位機(jī)發(fā)出指令，也包括 圖 42 徑側(cè)向試驗(yàn)臺(tái) 控制系統(tǒng)主界面 飛機(jī) 機(jī)輪 徑 側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)裝置 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 28 系統(tǒng)由于故障而需要執(zhí)行的系統(tǒng)整體停止的操作指令。如輸入到報(bào)警表、屏幕顯示報(bào)警信息、聲光報(bào)警等，并依據(jù)報(bào)警信息推出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)報(bào)警畫(huà)面。試驗(yàn)數(shù)據(jù)被保存到外部數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)調(diào)用打印模塊從而現(xiàn)實(shí)各歷史數(shù)據(jù)的打印或條件查詢(xún)結(jié)果的打印，其中提供功能強(qiáng)大的多條件查詢(xún)，以方便用戶(hù)需求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要考察聯(lián)合加載時(shí)徑側(cè)向壓力值的比值大小，是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)模擬飛機(jī)機(jī)輪實(shí)際著陸時(shí)所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦系數(shù)；破壞性實(shí)驗(yàn)中最后系統(tǒng)回程保持階段所施加的最大壓力值是否超過(guò)機(jī)輪破壞性試驗(yàn)設(shè)定值，如果試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷未達(dá)到或超過(guò)此設(shè)定值，則判定此次試驗(yàn)失敗，并記錄下來(lái)。 其中主操作界面如圖 42 所示。腳本函數(shù)包括了數(shù)學(xué)函數(shù) 、 類(lèi)型轉(zhuǎn)換函數(shù) 、 日期時(shí)間函數(shù) 、 圖頁(yè)函數(shù) 、 多媒體函數(shù) 、 文件操 作函數(shù) 、系統(tǒng)函數(shù) 、 報(bào)表函數(shù) 、 趨勢(shì)函數(shù) 、 用戶(hù)管理函數(shù) 、 ODBC 函數(shù) 、 配方函數(shù) 、 報(bào) 警函數(shù) 十三個(gè)大類(lèi)的所有函數(shù)。 從本文設(shè)計(jì)出發(fā)， 上位機(jī)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)最終選用了開(kāi)物 2020(Controx 2020)組態(tài)軟件。因此， EMC 包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；另一方面是指系統(tǒng)對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。 COM 端口為公共端， Input 端口接 數(shù)據(jù)采集卡 的輸入口。 圖 34 比例溢流閥電氣圖 4 9 12 14 16 1 3 6 8 11 10 13 15 2 5 7 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn) 第三章 徑側(cè)向試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 保護(hù)電路與電磁兼容性 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)中主要做了如下電路保護(hù)設(shè)計(jì)： 在圖 34 電機(jī)控制主電路圖中，開(kāi)關(guān) QF1， QF2， QF3， QF4 是自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，空氣開(kāi)關(guān)本身具備了短路電流跳閘和欠壓跳閘 [21]功能，可以實(shí)現(xiàn)短路電流和欠壓保護(hù)。 QC1 是轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，切換手動(dòng)控制與自動(dòng)控制模式。 系統(tǒng)的模擬量輸出兩路信號(hào)：徑向載荷輸出；側(cè)向載荷輸出。 KA 為故障 報(bào)警燈，當(dāng)電機(jī)控制出現(xiàn)故障時(shí)在上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面顯示。 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn) 第三章 徑側(cè)向試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 第三章 徑側(cè)向試驗(yàn)臺(tái) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本章主要介紹徑側(cè)向聯(lián)合加壓試驗(yàn)臺(tái)電氣部分的硬件電路，包括主電路， PLC 接線電路和各種保護(hù)電路等 電機(jī)控制主電路 電機(jī)控制主電路主要負(fù)責(zé)對(duì)徑 (側(cè) )電機(jī)的啟停狀態(tài)的控制及電機(jī)故障的實(shí)時(shí)報(bào)警功能，這些主要由 PLC 的數(shù)字模塊的開(kāi) d 關(guān)量來(lái)完成。然后再進(jìn)入下一級(jí)壓力施加循環(huán)，當(dāng) 10級(jí)壓力都完成后，系統(tǒng)自動(dòng)減壓， 加壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成回程，完成試驗(yàn)。 聯(lián)合加載程序框圖如 26 所示。模擬量輸入選擇的是 SM331模塊，模擬量輸出選擇的是 SM332模塊。 CPU 模塊選擇的是 CPU314，因?yàn)? CPU314 比 CPU312具有更快的操作速度，CPU314 的位操作速度是 100ns，這比 CPU312 的速度要快一倍，這對(duì)于本試驗(yàn)臺(tái)的壓力實(shí)時(shí)控制是十分有利的。 4ms 之內(nèi)； 支持實(shí)時(shí)總線，總線的速度和實(shí)時(shí)性高。 ，便于多任務(wù)的調(diào)度和運(yùn)行 。 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 14 。 ： 上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)交換。液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。 實(shí)時(shí)控制輸出 :根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的控制命令，適時(shí)地對(duì)液壓系統(tǒng)發(fā)出控 制信號(hào)控制試驗(yàn)的進(jìn)程。 對(duì)于徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。同時(shí) PLC 在網(wǎng)飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 10 絡(luò)上的簡(jiǎn)化處理并沒(méi)使其可靠性低于 DCS。 IPC 作上位管理機(jī)是可以的，但在工作環(huán)境惡劣、可靠性要求高的場(chǎng)合， IPC 達(dá)不到要 求。設(shè)計(jì)后的控制系統(tǒng)要求在十年之內(nèi)沒(méi)有大的故障。 2) 編程簡(jiǎn)單易學(xué)，使用方便 用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，常使用匯編語(yǔ)言以及其他高級(jí)語(yǔ)言，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)軟件和軟件知識(shí)。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展， PLC 己不僅能實(shí)現(xiàn)繼電器控制所具有的邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制，同時(shí)還具有 了執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算，對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能 [14]。 DCS 是隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及其在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中的應(yīng)用和發(fā)展而形成的，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和圖形顯示技術(shù) (4C)于一體的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) [13]。 控制該液壓系統(tǒng)的按照動(dòng)作程序動(dòng)作；根據(jù)控制要求控制液壓系統(tǒng)載荷輸出大小。徑 (側(cè) )向工作臺(tái)置于滾軸上，摩擦力忽略不計(jì)，徑 (側(cè) )向電機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)徑 (側(cè) )向油泵工作，其油缸的伸縮圖 21 徑側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖 1徑向油泵； 2徑向電機(jī)； 3側(cè)向油泵； 4側(cè)向電機(jī)； 5徑向比例溢流閥； 6側(cè)向比例溢流閥； 7徑向油缸； 8叉子； 9被測(cè)輪； 10工作臺(tái)； 11側(cè)向油缸； 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 6 由換向閥控制。 第五章是 是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，介紹了實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)的，不斷完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能。同模擬控制器相比，它集成系統(tǒng)控制功能于一體，使得閥控系統(tǒng)具有更高的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性和使用維護(hù)的方便性，使得它具有較廣闊的應(yīng)用前景。目前大多使用模擬控制，即由運(yùn)算放大器和功率電子元件為主組成控制放大電路。 2020 年山東玲瓏橡膠有限公司自主研發(fā)了 UP2092 型輪胎綜合試驗(yàn)機(jī)，可以測(cè)試輪胎的縱向、橫向、扭轉(zhuǎn)、斜角和包覆剛性 、 壓穿強(qiáng)度 、 脫圈阻力和踏 面印痕等 ,通過(guò)采用輪胎綜合試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剛性和踏面印痕試驗(yàn) ,可以定量分析輪胎的操控性能飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向 自動(dòng)化試驗(yàn)裝置 第一章 緒論 3 和舒適性 能 ,減少輪胎室外性能試驗(yàn)次數(shù)和改進(jìn)輪胎使用性能 [7]。七十年代后期，國(guó)內(nèi)某航空公司從英國(guó)鄧祿普公司引進(jìn)了一套航空機(jī)輪試驗(yàn)設(shè)備，總投資 500 萬(wàn)英鎊，是我國(guó) 當(dāng)時(shí) 唯一一臺(tái)通過(guò)國(guó)際認(rèn)證，中國(guó)民航總局批準(zhǔn)的航空試驗(yàn)設(shè)備，每年承接大量的機(jī)輪試驗(yàn)和檢驗(yàn)任務(wù)。 2020 年， 世界的輪胎制造商荷蘭 VMI 公司展示了其新開(kāi)發(fā)的通用輪胎試驗(yàn)機(jī)，該儀器可用于乘用車(chē)胎和載重車(chē)胎，可進(jìn)行負(fù)荷變形試驗(yàn)、脫圈試驗(yàn)、壓穿試驗(yàn)和接地印痕試驗(yàn)四種輪胎性能測(cè)試。 這里研制的機(jī)輪徑自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求設(shè)計(jì)為能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和全自動(dòng)控制，能 實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全自動(dòng)化。 該試驗(yàn)裝置由液壓系統(tǒng)、電氣控制 兩部分組成，本文的任務(wù)是完成試驗(yàn)臺(tái)電氣控制部分的研制與調(diào)試。因此研制一臺(tái)高性能的全數(shù)字化的徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)，并采用先進(jìn)的控制算法具有十分重大的意義。再設(shè)計(jì)新型航空機(jī)輪時(shí)，為了驗(yàn)證機(jī)輪的靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試需要對(duì)機(jī)輪進(jìn)行徑 — 側(cè)向聯(lián)合載荷測(cè)試，傳統(tǒng)的模擬測(cè)量方式，不便于控制和觀察，因此需要研發(fā)一套高性能的全數(shù)字化的徑 — 側(cè)向自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)裝置。 1999 年，德國(guó) Beissbarth 公司開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)作 MTT2100 微型輪胎試驗(yàn)機(jī)的新型輪胎試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)機(jī)通過(guò)軟件對(duì)所得信息進(jìn)行對(duì)比和解釋?zhuān)詧D像顯示結(jié)果，可以在線分析輪胎性能 [2]。與各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比 ,我國(guó)在航空機(jī)輪的試驗(yàn)和檢驗(yàn)方面基本上是空白 ,差距很大。 2020 年北京航空制造工程研究所自主開(kāi)發(fā)了全自動(dòng)充氣式輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)，并采用了西門(mén)子 Simatic WinAC、數(shù)據(jù)庫(kù)等先進(jìn)技術(shù)。 輪胎試驗(yàn)機(jī)液壓伺服控制系統(tǒng)是輪胎試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵部分。也可應(yīng)用于多點(diǎn)多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)中，通過(guò)人機(jī)對(duì)話方式完成系統(tǒng)設(shè)置和測(cè)試工作。闡述了典型的 PLC 程序設(shè)計(jì)過(guò)程。 實(shí)驗(yàn)原理如圖 所示： 整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由徑向、側(cè)向兩個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。 根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)原理和系統(tǒng)要求，可將測(cè)試臺(tái)分為兩個(gè)大部分： 為實(shí)驗(yàn)提供測(cè)試所需的徑向、側(cè)向載荷。 分布式控制系統(tǒng) (Distributed Control System，簡(jiǎn)稱(chēng) DCS)又稱(chēng)集散系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)又稱(chēng)之為集散控制系統(tǒng)。 PLC 是 20 世紀(jì) 60 年代末在繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。所有這些使得 PLC 能置于有很強(qiáng)的電噪聲與電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)和濕度很大的地方。 1) 高可靠性、抗干擾能力強(qiáng) 這是一個(gè)基本的，也是最重要的要求之一。 工業(yè)控制機(jī) IPC 配以 PC 總線的 I/0 板卡組成的控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較低，系統(tǒng)軟硬件資源豐富，開(kāi)發(fā)周期短；但是經(jīng)實(shí)踐證明， IPC 工業(yè)控制機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性難以得到保證，幾年之后， IPC 的故障率比較高。這樣一種處理方案，在價(jià)格上將大大低于 DCS 系統(tǒng)。 綜合以上的分析，最終選擇了 PLC 和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相結(jié)合的控制系統(tǒng)方案。 :對(duì)采集到的輪胎壓力和位移量進(jìn)行分析和處理，并按給 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 11 定的控制程序決定需要采取的控制行為。本試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)按手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種操作方式來(lái)設(shè)計(jì) 的，故在管路中增加了一些旁路。 ： 實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)動(dòng)作程序的控制，載荷給定的控制。 型工控機(jī)采用符合“ ELA 準(zhǔn)的全鋼化工業(yè)機(jī)箱，增 強(qiáng)了抗電磁干擾能力，鋁質(zhì)面板符合 NEMA4/IP65 標(biāo)準(zhǔn) 。 “看門(mén)狗”定時(shí)器，在因故障死機(jī)時(shí)，無(wú)需人的干預(yù)而自動(dòng)復(fù)位 。 按照本項(xiàng)目的要求對(duì)各廠家的 PLC 的相關(guān)性能進(jìn)行了考核： 支持高級(jí)語(yǔ)言編程； 由于 PLC 本身的內(nèi)置的控制算法只有 PLC 模塊，控制時(shí)只能調(diào)用其內(nèi)部的算法，而我們?cè)诳刂茣r(shí)會(huì)涉及到一些復(fù)雜算法，如本文設(shè)計(jì)的模糊自適應(yīng)控制等，所以需要 PLC 支持高級(jí)語(yǔ)言編程，如 C 語(yǔ)言。選擇 5A 的電源是因?yàn)樵撾娫闯讼? PLC 的 CPU 模塊供電以外，還要為外部的 10 個(gè)用于開(kāi)關(guān)控制的繼電器供電。因此數(shù)字量輸出模塊我們選取了有 16個(gè)數(shù)字量輸出端口的 SM322模塊 .模擬量輸入 6個(gè)點(diǎn)，模擬量輸出 2個(gè)點(diǎn)。在聯(lián)合加壓的過(guò)程中，徑載試驗(yàn)完成了后會(huì)一直保持最終壓力，直到側(cè)載試驗(yàn)也完成，這時(shí)徑 側(cè)向油缸同時(shí)回程，聯(lián)合加載試驗(yàn)結(jié)束，程序回到主程序中，等到回程到位后停止，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程結(jié)束。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，使用徑側(cè)向循環(huán)加壓的辦法，本級(jí)加壓完成后，開(kāi)始讀取輪轂變形位移值，顯示并記錄。 設(shè)計(jì)中分別建立徑向與側(cè)向程序模塊和位移測(cè)量程序模塊，共同受主程序模塊調(diào)動(dòng)，各中間數(shù)據(jù)由主程序模塊負(fù)責(zé)和 子模塊之間傳送，中間結(jié)果也由主程序模塊集中向上位機(jī)傳送，以實(shí)現(xiàn)在線的監(jiān)控。 1KA， 2KA， 5KA 為可編程輸出繼電器，受 PLC輸出模塊的控制。 系統(tǒng)的模擬量輸入如下：徑向載荷值；側(cè)向載荷值；輪軸位移值；輪緣位移值；徑向油缸壓力值；側(cè)向油缸壓力值。24V，但它不是控制信號(hào)，而是作為兩個(gè)放大器 ERITE 的工作電源。當(dāng) QC1 旋轉(zhuǎn)在中間時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)無(wú)法控制載荷壓下。再通過(guò)光電隔離器將該信號(hào)輸入到 數(shù)據(jù)采集卡的開(kāi)關(guān)量輸入 中。 H LK A續(xù) 流 二 極 管 圖 36 數(shù)字量輸出模塊輸出口保護(hù)電路 電磁兼容性 電磁兼容性（ EMC） 是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾能力。 基于本文設(shè)計(jì)的智能控制系統(tǒng)，組態(tài)軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能和要求： ； [20]； ； ； [21]； ，用通用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng) (包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu) )或用戶(hù)需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改即可方便地完成軟件的更新和升級(jí)； ，通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶(hù)使用的方法包裝起來(lái)，用戶(hù)不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù) [22]，就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能； (8) 通用性，根據(jù)工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（ PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的 I／ O Driver、開(kāi)放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程。重要的是 ControX2020 還提供了基于 Pascal 的腳本函數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)異常時(shí)，根據(jù)各點(diǎn)信息判斷故障來(lái)源，并通過(guò)界面報(bào)警提醒現(xiàn)場(chǎng)操縱者排除故障； ，存入數(shù)據(jù)庫(kù)，形成實(shí)時(shí)報(bào)警事件顯示和歷史報(bào)警