【正文】 報(bào)警模塊當(dāng)某一模擬量，如壓力、位移等，測(cè)量值超過(guò)系統(tǒng)給定的范圍或當(dāng)次試驗(yàn)設(shè)定范圍，或某一開(kāi)關(guān)量，如電機(jī)啟停標(biāo)志、閥門開(kāi)閉、通訊網(wǎng)絡(luò)故障等發(fā)生變位時(shí)，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級(jí)的報(bào)警 信息。所以對(duì)于各種邏輯控制，數(shù)據(jù)處理能夠較方便的用編程實(shí)現(xiàn)。 本系統(tǒng)電磁干擾主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： ； ； ； 其中包括四種不同的耦合機(jī)理的干擾源：電耦合、電容耦合、電感耦合及射頻耦合等。其中 QF4 是單相自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，用于控制電路的短路保護(hù)，其余為三相自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，用于主電路保護(hù)。 比例溢流閥設(shè)計(jì) 在這部分的電氣設(shè)計(jì)中，以多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)完成壓力試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)對(duì)手自動(dòng)載荷加壓切換的要求。 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(kāi)關(guān)，只有總電源開(kāi)關(guān)閉合了，才能對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。 開(kāi) 始聯(lián) 合 加 壓載 入 加 壓設(shè) 定 載 荷分 級(jí) 加 壓結(jié) 束初 始 壓 力界 于 啟 動(dòng) 值 和 保 護(hù) 值 ?讀 取每 級(jí) 加 壓 值調(diào) 用 徑 向 加 載子 程 序聯(lián) 合 回 程大 于 保 護(hù) 值 ?初 始 壓 力 過(guò) 小報(bào) 警加 壓 保 護(hù) 報(bào) 警調(diào) 用 側(cè) 向 加載 子 程 序YN達(dá) 到停 留 時(shí) 間 ?NYYN完 成 1 0 級(jí) 加 壓 ?讀 取 初 始 壓 力YN 圖 26 聯(lián)合加壓程序框圖 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) 17 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。同時(shí) CPU314的主存儲(chǔ)器是 64K字節(jié)，配上合適的 MMC后就能夠滿足試驗(yàn)臺(tái)的 編程要求。 (底板 )，方便系統(tǒng)升級(jí)。 ： 用傳感器采集系統(tǒng)，通過(guò)放大器放大并且 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，提 供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的 硬件實(shí)現(xiàn)框圖如 24 所示 。由于 PLC 將三電 (邏輯控制系統(tǒng)的電氣控制裝置、過(guò)程控制系統(tǒng)的電動(dòng)單元組合儀表、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的電氣傳動(dòng)控制裝置 )集于一體，所以其本身有很強(qiáng)的自治性，它對(duì) PLC 網(wǎng)絡(luò)的通信速度要求比較低。同時(shí)由于該系統(tǒng)中有兩臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中很容易對(duì)控制信號(hào)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。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(wèn)題。 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(cè)試，其壓力試驗(yàn)臺(tái)的控制要求也比一般壓力試驗(yàn)臺(tái)有更嚴(yán)格控制要求及更復(fù)雜的控制過(guò)程，其具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： 1000kN、 500kN，每級(jí)按設(shè)定值 10％增量施加； 、側(cè)兩個(gè)方向分時(shí)加載，每級(jí)加載時(shí) 間為 10 秒，且增加一級(jí)需停 5 秒（可任意調(diào)節(jié)）以便測(cè)量輪胎變形程度； ，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面中顯示加載過(guò)程，并根據(jù)加壓情況給出報(bào)警和預(yù)報(bào)信息； ，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸載功能，同時(shí)給出整體加壓曲線，給出試驗(yàn)結(jié)果；加載給定曲線如圖 22 所示： 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) 7 圖 22 航空機(jī)輪徑側(cè)向載荷給定曲線圖 ，試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù) 全部存儲(chǔ)，用于生成試驗(yàn)報(bào)表和報(bào)警記錄； ，判斷加壓過(guò)程值是否超出破壞性試驗(yàn)設(shè)定值，如不滿足達(dá)到設(shè)定值，則試驗(yàn)判斷為失?。? ，按側(cè)向每級(jí)加載滿足時(shí)間落后于徑向 5 秒開(kāi)始，最終試驗(yàn)完成階段，徑側(cè)向同時(shí)回程； 徑側(cè)向 自動(dòng)化 臺(tái) 的 總體設(shè)計(jì) 方案 工業(yè)控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 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) 5 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本章主要 說(shuō)明 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動(dòng)檢測(cè)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。由于模擬器件的分散性和組成電路的特點(diǎn)，其控制功能簡(jiǎn)單，難以適應(yīng)各種需要場(chǎng)合，并且存在明顯的溫度漂移和零點(diǎn)漂移。近幾年，隨著航空技術(shù)的發(fā)展和我國(guó)高速路的發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)輪胎業(yè)的發(fā)展，目前已有幾個(gè)廠家引進(jìn)了國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備，且相應(yīng)的各類型輪胎試驗(yàn)機(jī)也相繼面向市場(chǎng)，但普遍存在測(cè)試性能不高，自動(dòng)化水平落后的現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用 工業(yè)控制計(jì)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(dòng)測(cè)控臺(tái) [1]；能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全自動(dòng)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(duì)測(cè)試精度的影響；加載曲線的實(shí)時(shí)顯示和打印，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加安全可靠。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的兩臺(tái)徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)都研制于二十世紀(jì)七十年代，絕大部分的儀器儀表都是模擬的，不方便控制和觀測(cè)，且載荷試驗(yàn)都必須手動(dòng)完成，已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)前對(duì)飛機(jī)機(jī)輪進(jìn)行的靜態(tài)力學(xué)載荷性能試驗(yàn)的要求了。近年來(lái)，國(guó)際上不斷涌現(xiàn)許多新型的高性能、多功能的輪胎試驗(yàn)機(jī)。 2020 年臺(tái)灣華中橡膠測(cè)試公司自研發(fā)了輪胎綜合試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試功能包括輪胎破壞能試驗(yàn)、胎唇抗脫座試驗(yàn)、縱向剛性系數(shù)試驗(yàn)、橫向剛性系數(shù)試驗(yàn)、印痕試驗(yàn)、與胎面接地壓力分布分析等，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)了第三代產(chǎn)品。所有 調(diào)節(jié)不僅能自動(dòng)記錄或打印出來(lái)，還可以實(shí)現(xiàn)密碼保護(hù)，防止他人擅自修改造成故障。另外，飛機(jī)地面轉(zhuǎn)彎過(guò)程中方向舵與副翼配合不好等產(chǎn)生的側(cè)滑。目前使用較多的有研 華 (ADVANTECH)、康泰克 (CONTEC)、康拓等公司的產(chǎn)品。各輸入端均采用 RC 濾波器，對(duì)于一些高速輸入端則采用數(shù)字濾波，其濾波時(shí)間常數(shù)可由指令設(shè)定；各模塊均采用屏蔽措施，防止輻射干擾；采用優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。所以不適合本項(xiàng)目。所以，PLC 在可靠性等方面可以和 DCS 媲美，但在性價(jià)比上要優(yōu)于 DCS。液壓比例閥是用于試驗(yàn)過(guò)程中控制載荷的穩(wěn)定及按比例加載。 研華公司從事工業(yè)電腦制作有 20 年之久，在工業(yè)機(jī)制作和售后服務(wù)方面積 累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，所以在本次徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)控制中選用臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)的 AWS8248VTPT 型工控機(jī)，該工控機(jī)具有以下特點(diǎn) : 具有電阻式觸摸屏 TFTLCD,分辨率 1024*768 觀大方，方便操作 。 目前三家著名的 PLC廠家 SIEMENS、 GE和 OMRON公司的產(chǎn)品現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用得比較多，遍及國(guó)民 經(jīng)濟(jì) 的各個(gè)行業(yè)。數(shù)字量輸出 7個(gè)點(diǎn)，其中液壓系統(tǒng) 5個(gè)，油泵電機(jī)的控制 2個(gè)。另外，由于徑側(cè)向聯(lián)合加壓會(huì)相互影響 ，徑側(cè)向壓力值不是一次加壓就可完成，所以每次加壓都必須分別監(jiān)測(cè)徑側(cè)向壓力值，只有徑側(cè)向壓力都滿足本級(jí)壓力目標(biāo)時(shí)本級(jí)加壓才算完成。若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，時(shí)間稍長(zhǎng)便會(huì)燒毀電機(jī)，造成設(shè)備損壞，為了保護(hù)電機(jī)在電機(jī)控制主電路中加入了缺相保護(hù)電路。其中 VC2 是穩(wěn)壓電源，輸出電壓 177。再通過(guò)電阻分壓、電容濾波、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓，在電路中得到一個(gè)較穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)。 上位機(jī) 軟件設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)也是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到智能控制系統(tǒng)的可實(shí)用性和可操作性，并且對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)滿足的各種不同功能的實(shí)現(xiàn)，主要從系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、用戶求助機(jī)制、錯(cuò)誤信息處理和命令方式四個(gè)方面加以考慮，另人機(jī)界面的友好程度也關(guān)系到操作人員對(duì)系統(tǒng)的理解 程度和掌握熟練度。 人 機(jī) 界 面數(shù) 據(jù) 管 理模 塊控 制 操 作模 塊數(shù) 據(jù) 處 理模 塊報(bào) 表 模 塊報(bào) 警 模 塊安 全 功 能模 塊顯 示 模 塊 打 印 模 塊開(kāi)關(guān)量控制參數(shù)設(shè)定壓力曲線模擬量數(shù)值開(kāi)關(guān)量控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)過(guò)程數(shù)據(jù)模糊規(guī)則初始化參數(shù)故障信息曲線圖數(shù)據(jù)報(bào)表事件信息操作級(jí)別用戶自定義聲光報(bào)警屏顯報(bào)警畫面報(bào)警歷史數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù) 圖 41 上位機(jī)應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)原理框圖 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) 27 上位機(jī)軟件各功能模塊設(shè)計(jì) 利用開(kāi)物 2020 組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的上位機(jī)應(yīng)用軟件主要以模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括控制模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報(bào)警模塊、報(bào)表模塊、安全功能模塊及打印模塊，各模塊之間相互聯(lián)系，由主程序進(jìn)行調(diào)用，以共同完成某一控制任務(wù)實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)主要功能： 、試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控； 、顯示系統(tǒng)的試驗(yàn)參數(shù)及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)； ，自動(dòng)生產(chǎn)各種數(shù)據(jù)報(bào)表（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表）； 。最后在第 10 級(jí)結(jié)束段，如果試驗(yàn)最大實(shí)際 加壓值未超過(guò)設(shè)定值，則提示本次破壞性試驗(yàn)失敗，從而提示開(kāi)始新一次的試驗(yàn)。 徑側(cè)向試驗(yàn)臺(tái)報(bào)表及 報(bào)警 區(qū)，顯示著最近的一次加壓時(shí)間，最近一次實(shí)驗(yàn)停止時(shí)間 ，供操作者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢時(shí)參考，在報(bào)表中可以查詢各種重要的歷史數(shù)據(jù)，比如說(shuō)： 采樣時(shí)間、徑向壓力、側(cè)向壓力、徑向位移、側(cè)向位移等，下方的 報(bào)警區(qū)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)著徑側(cè)向 輪胎試驗(yàn)臺(tái)的狀態(tài)，一旦發(fā)生任何事故都會(huì)及時(shí)準(zhǔn)確的提供故障報(bào)警信號(hào)，為整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)載荷試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供了保障，為方便的查詢以前的試驗(yàn)記錄，在徑側(cè)向試驗(yàn)臺(tái)報(bào)表及報(bào)警區(qū)有各一個(gè)“查詢以前時(shí)間” 按鈕，連接著外部的 access 數(shù)據(jù)庫(kù)，在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中保存著以前每次試驗(yàn)的時(shí)間，操作人員，以及一些備注文字，供操作者查詢數(shù)據(jù)時(shí)參考。 Controx2020 提供了工業(yè)組態(tài)軟件所需要的各種功能。續(xù)流二極管選擇 IN4007。 FU 是熔斷器，作為電路短路保護(hù)。 其數(shù)字量及模擬量模塊的電氣圖分別如圖 32 和 33 所示。 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) 19 開(kāi) 始小 段 加 壓每 小 段 加 壓 結(jié) 束 ?初 始 值 清 零讀 取 位 置 量小 段 值 + 1滿 足 回 程 條 件 ?上 傳1 0 段 位 移 量結(jié) 束YNYN 圖 28位移測(cè)量子程序 框圖 對(duì)于每小段的加壓值，采取系統(tǒng)采樣時(shí)間為基準(zhǔn)，每段的上升時(shí)間除以基準(zhǔn)時(shí)間得到每小部分設(shè)定加壓值的增量，從而保證與采樣時(shí)間同步，能更好的滿足實(shí)時(shí)性要求。 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) 16 在自動(dòng)加壓程序的情形下，徑側(cè)向自動(dòng)加壓分成兩種加壓方式，一種是徑向獨(dú)立加壓，另一種是徑側(cè)向聯(lián)合加壓。 根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要，本文對(duì)主要部件做了以下選擇。 ，可防止非法開(kāi)、關(guān)和非法鍵盤輸入 。 ，兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)分別發(fā)出信號(hào)，控制各自系統(tǒng)電磁 換向閥失電或者停泵，系統(tǒng)處于起始狀況 。 、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等模擬控制系統(tǒng)無(wú) 法實(shí)現(xiàn)的功能。 DCS 網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)良的通信子網(wǎng)，但是為了取得網(wǎng)絡(luò)級(jí)的高可靠性， DCS 系統(tǒng)普遍對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)采用了 1:1 冗余措施，這包括通信信道、通信接口的 1:1 冗余，還包括當(dāng)通信系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)故障檢測(cè)及自動(dòng)切換到備用子網(wǎng)的裝置。 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) 9 3) 接線簡(jiǎn)單、易于安裝 在電信號(hào)匹配的情況下， PLC 接線只需要將輸入信號(hào)的設(shè)備 (按鈕、開(kāi)關(guān)等 )與PLC 輸入端子連接；將接受輸出信號(hào)執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件 (接觸器、電磁閥等 )與 PLC 輸出端子連接，接線簡(jiǎn)單、工作量少。 DCS 通過(guò)分散系統(tǒng)來(lái)分散系統(tǒng)的危險(xiǎn)。 同時(shí)試驗(yàn)臺(tái)還需完成不同型號(hào)機(jī)輪的破壞性試驗(yàn)，根據(jù)不同型號(hào)機(jī)輪所對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的極限破壞條件，試驗(yàn)臺(tái)在加壓控制上通過(guò)對(duì)徑向單獨(dú)的加載，實(shí)際所加載壓力必須超過(guò)極限破壞試驗(yàn)的設(shè)定值，同時(shí)為了保護(hù)機(jī)輪不因過(guò)大的超調(diào)而超過(guò)一定的余量使機(jī)輪損壞，比例溢流閥根據(jù)控制指令立即釋放壓力，徑向電機(jī)帶動(dòng)加壓機(jī)構(gòu)迅 速回程，以結(jié)束破壞性試驗(yàn)。 第三章 是 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)裝置 的 硬件電路設(shè)計(jì)， 介紹了硬件電路如何實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制， 介 紹了 PLC 的輸入輸出模塊電路 ，同時(shí)在考慮基于提高系統(tǒng)安全性、可靠性 的方面 完成了硬件系統(tǒng)的電磁性 兼容性的 設(shè)計(jì)。 現(xiàn)代控制理論在電液控制系統(tǒng)方便也得到了較好的應(yīng)用。 2020 年日本神戶鋼制所開(kāi)發(fā)了新型的輪胎均勻性試驗(yàn)機(jī)，可以精確地測(cè)試最高速度 達(dá) 200kph 時(shí)輪胎的失衡力 [5]。 關(guān)鍵詞 機(jī)輪徑側(cè)向，工控機(jī)， 可編程邏輯控制器 ， 組態(tài)軟件， PID 控制 II ABSTRACT With the development of the space technique, we need to test a variety of airplane tyres for sta