【文章內(nèi)容簡介】 互相連接并互相交換信息，協(xié)調(diào)各方面的工作，共同完成 DCS 的整體功能。 DCS 通過分散系統(tǒng)來分散系統(tǒng)的危險。這樣保證了當某一臺設備或某一部分出現(xiàn)故障時不會導致整個系統(tǒng)癱瘓。當今流行的 DCS 國外的有 Honeywell 公司的 TDC300、橫河公司的 CENTUM，國內(nèi)的有電子部六所的HS20OO 系統(tǒng)。 PLC 是 20 世紀 60 年代末在繼電器控制系統(tǒng)的基礎上開發(fā)出來的。經(jīng)過十幾年的發(fā)展， PLC 己不僅能實現(xiàn)繼電器控制所具有的邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制，同時還具有 了執(zhí)行算術運算，對模擬量進行控制等功能 [14]。而且 PLC 很好地解決了工業(yè)控制領域普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。與一般的計算機有許多優(yōu)點，其主要表現(xiàn)在 : 1) 可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是 PLC 的最突出特點之一。 PLC 的平均無故障時間可達幾十萬小時。PLC 專為在工作環(huán)境比較惡劣的條件下應用而設計， PLC 采取了一系列措施，在硬件設計方面，首先選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結構，加固、簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印刷電路板的設計、加工及焊接都采取了極為嚴格的工藝措施，而且在電路、結 構以及工藝上采取一些獨特的方式。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 。各輸入端均采用 RC 濾波器，對于一些高速輸入端則采用數(shù)字濾波，其濾波時間常數(shù)可由指令設定；各模塊均采用屏蔽措施，防止輻射干擾；采用優(yōu)良的開關電源。所有這些使得 PLC 能置于有很強的電噪聲與電磁干擾、機械振動和濕度很大的地方。 2) 編程簡單易學，使用方便 用微機實現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言以及其他高級語言，要求使用者具有一定水平的計算機軟件和軟件知識。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。大多數(shù) PLC 使用梯形圖 LAD、連續(xù)功能圖 CFS 和語句表。盡管現(xiàn)代 PLC 也用高級語言編制復雜的程序，但梯形圖仍被廣泛地使用。 飛機機輪徑 側向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設計 9 3) 接線簡單、易于安裝 在電信號匹配的情況下， PLC 接線只需要將輸入信號的設備 (按鈕、開關等 )與PLC 輸入端子連接；將接受輸出信號執(zhí)行控制任務的執(zhí)行元件 (接觸器、電磁閥等 )與 PLC 輸出端子連接，接線簡單、工作量少。 4） 可連接為網(wǎng)絡控制系統(tǒng) PLC 可連接為功能很強的網(wǎng)絡系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡級連可以將不同類型的可編程控制器與計算機組成一個控制范圍很大的局部網(wǎng)絡。 根據(jù)工程實際和客戶要求，試驗臺控制系統(tǒng)必須滿足如下要求。 1) 高可靠性、抗干擾能力強 這是一個基本的，也是最重要的要求之一。設計后的控制系統(tǒng)要求在十年之內(nèi)沒有大的故障。同時由于該系統(tǒng)中有兩臺同步電動機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)要具有很強的抗干擾能力。 2) 響應速度快，數(shù)據(jù)處理、存儲能力強 由于整個試驗必須實時地傳送壓力反饋值的大小，所以要求系統(tǒng)有很快的響應速度；并且在試驗中要將所有傳感器的數(shù)據(jù)采集下來，在試驗結束后再將數(shù)據(jù)保存到硬盤上，所以要求系統(tǒng)的處理器和存儲器的數(shù)據(jù) 處理、存儲能力強。 3) 性價比高 下面對各系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行分析，并根據(jù)項目的實際要求選出最適合該項目的系統(tǒng)。 單片機系統(tǒng)一般應用于小型工業(yè)控制系統(tǒng)。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。所以不適合本項目。 工業(yè)控制機 IPC 配以 PC 總線的 I/0 板卡組成的控制系統(tǒng)，其優(yōu)點是價格較低，系統(tǒng)軟硬件資源豐富，開發(fā)周期短；但是經(jīng)實踐證明， IPC 工業(yè)控制機長期運行的可靠性難以得到保證，幾年之后， IPC 的故障率比較高。 IPC 作上位管理機是可以的，但在工作環(huán)境惡劣、可靠性要求高的場合， IPC 達不到要 求。所以，本項目沒有選擇這種控制系統(tǒng)。 DCS 和 PLC 系統(tǒng)在可靠性、抗干擾性、響應速度，數(shù)據(jù)處理、存儲能力等方面各有千秋，均能滿足本項目的要求。但 DCS 和 PLC 在通信網(wǎng)絡上的組網(wǎng)不同，導致二者的價格有較高差異。 DCS 網(wǎng)絡具有優(yōu)良的通信子網(wǎng)，但是為了取得網(wǎng)絡級的高可靠性， DCS 系統(tǒng)普遍對通信網(wǎng)絡采用了 1:1 冗余措施，這包括通信信道、通信接口的 1:1 冗余，還包括當通信系統(tǒng)發(fā)生故障時，對故障檢測及自動切換到備用子網(wǎng)的裝置。諸如此類，導致盡管 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。 PLC 網(wǎng)絡則不同 ，一般在網(wǎng)絡級它不搞 1:1 網(wǎng)絡冗余，僅在關鍵部位選用冗余結構的 PLC。這樣一種處理方案，在價格上將大大低于 DCS 系統(tǒng)。同時 PLC 在網(wǎng)飛機機輪徑 側向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設計 10 絡上的簡化處理并沒使其可靠性低于 DCS。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，所以其本身有很強的自治性，它對 PLC 網(wǎng)絡的通信速度要求比較低。需要通過網(wǎng)絡交換的數(shù)據(jù)量相對比較少，這使得 PLC 網(wǎng)絡變得比較簡單。而 DCS 系統(tǒng)在網(wǎng)絡一級實現(xiàn)三電一體化，它對網(wǎng)絡通信速度的要求比較高，需要通過網(wǎng)絡交換的數(shù)據(jù)量 比較大，這使得 DCS 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡比較復雜。簡單網(wǎng)絡的可靠性總歸比復雜網(wǎng)絡的可靠性容易保證。更何況 PLC 本身具有良好的自治性，在關鍵場合又選用 PLC 冗余結構，這樣即使 PLC 網(wǎng)絡發(fā)生故障，仍可維持系統(tǒng)運行。所以，PLC 在可靠性等方面可以和 DCS 媲美，但在性價比上要優(yōu)于 DCS。 綜合以上的分析，最終選擇了 PLC 和工業(yè)控制計算機相結合的控制系統(tǒng)方案。 對于徑側向機輪試驗臺控制系統(tǒng)的設計采用計算機控制技術。計算機控制系統(tǒng)具備以下優(yōu)點 [15][16]: ，硬件電路的標準化程度高，制作成本 低，且不受器 件溫度漂移的影響。 ，可以實現(xiàn)不同于一般線性調(diào) 節(jié)的最優(yōu)化、自適應、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且易于更改。 ，可靠性高，可以提高控制性能。 、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等模擬控制系統(tǒng)無 法實現(xiàn)的功能。 徑側向機輪試驗臺計算機系統(tǒng)的原理框圖如圖 23所示 ： 控 制 器D / A液 壓 執(zhí) 行 機 構 飛 機 輪 胎壓 力 值 反 饋A / D+eTT壓 力壓 力 設定 值P L C試 驗 過 程 圖 23 徑側向自動化試驗裝置控制系統(tǒng)原理框圖 在徑側向機輪試驗臺計算機控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機的輸入和輸 出是數(shù)字信號，因此需要 A/D轉換器和 D/A轉換器。從本質(zhì)上看，徑側向 機輪試驗臺計算機控制系統(tǒng)的主要工作原理分為以下三個步驟口 :對來自傳感器和放大器的輪胎壓力瞬時值進行檢測和輸 入，并實時顯示。 :對采集到的輪胎壓力和位移量進行分析和處理，并按給 飛機機輪徑 側向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設計 11 定的控制程序決定需要采取的控制行為。 實時控制輸出 :根據(jù)上位機發(fā)出的控制命令，適時地對液壓系統(tǒng)發(fā)出控 制信號控制試驗的進程。 徑側向機輪試驗臺計算機控制系統(tǒng)的 硬件實現(xiàn)框圖如 24 所示 。 圖 24徑側向自動化試驗裝置硬件實現(xiàn)框圖 徑側向自動化試驗裝置控制系統(tǒng)硬件設計 試驗臺本體和液壓系統(tǒng)設計 徑側向機輪試驗臺控制系統(tǒng)的硬件分成三個部分，第一個部分是 實驗臺本體，是試驗臺控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構，其中包括了工作平臺、底座，支柱、叉子、主油缸、側向油缸等。 第二個部分是液壓系統(tǒng)。這個系統(tǒng)為徑側向機輪試驗臺提供載荷壓力。這個系統(tǒng)由油泵、送油閥、載荷保持器、四通閥、可控單向閥，液控比例閥等組成 .送油閥本身不只是節(jié)流閥，而且有溢流閥、安全閥、減壓閥的功能 .從而保證系統(tǒng)的安全，HMI 工控機 閥門開度 位移數(shù)據(jù) 油缸壓力 載荷壓力 開關控制 限位報警 系統(tǒng)啟停 量測信號 模擬量模塊 數(shù)字量模塊 PLC 打印機 用戶 飛機機輪徑 側向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設計 12 壓力的可調(diào) .載荷保持器的作用是在較長時間內(nèi)保持壓力的穩(wěn)定，以保證電測工作的順利進行。液壓比例閥是用于試驗過程中控制載荷的穩(wěn)定及按比例加載。本試驗臺液壓系統(tǒng)按手動和自動控制兩種操作方式來設計 的，故在管路中增加了一些旁路。液壓系統(tǒng)結構如圖 25 所示。 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（ ）； 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； 20側載油缸 ； 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 。 :根據(jù)工況要求編制的程序控制，實現(xiàn)徑載油缸和側載油缸多 飛機機輪徑 側向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設計 13 級 ( 10t/5t,20t/10t,30t/5t,50t/25t,100t/50t)壓力反饋信號，自動響應，改變溢流閥調(diào)定壓力，滿足工況要求 。 、側載油缸回程 :ZDT、 3DT 分別得電，可使徑、側載油缸快 速回程，回程速度可 調(diào) 。 ，兩個行程開關分別發(fā)出信號，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 。 、側載油缸無桿腔的準確油缸壓力 。 控制系統(tǒng) 硬件選型 系統(tǒng)設計 可分為 為五大部分： 位監(jiān)控系統(tǒng)： 實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、畫面監(jiān)控、參數(shù)輸入、系統(tǒng)協(xié)調(diào)。 ： 實現(xiàn)液壓系統(tǒng)動作程序的控制，載荷給定的控制。 ： 上位機與下位機的數(shù)據(jù)交換。 ： 用傳感器采集系統(tǒng)，通過放大器放大并且 A/D 轉換為數(shù)字信號，提 供給計算機系統(tǒng)。 ： 該部分為計算機控制載荷值輸出，通過放大電路放大驅(qū)動電磁溢流閥控制液壓系統(tǒng)壓力；手動控制的實現(xiàn)，在系統(tǒng)中手動控制實質(zhì)為載荷的手動調(diào)節(jié)，即用電位器實現(xiàn)載荷的控制，在手動控制中系統(tǒng)為開環(huán)控制。 工業(yè)控制計算機全稱工業(yè)個人計算機 (Industrial Personal Computer，以下簡稱工控機 )，簡稱工控機，是一種加固的增強型個人計算機，它可以作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的需要，自從美國 AD 公司推出首款IPCMAC150 工控機以來。工業(yè)個人計算機就以其性能可靠、軟件豐富、價格低廉而廣受歡迎而且得到了很大的發(fā)展。 研華公司從事工業(yè)電腦制作有 20 年之久，在工業(yè)機制作和售后服務方面積 累了豐富的經(jīng)驗，所以在本次徑側向機輪試驗臺控制中選用臺灣研華公司生產(chǎn)的 AWS8248VTPT 型工控機，該工控機具有以下特點 : 具有電阻式觸摸屏 TFTLCD,分辨率 1024*768 觀大方，方便操作 。 型工控機采用符合“ ELA 準的全鋼化工業(yè)機箱，增 強了抗電磁干擾能力，鋁質(zhì)面板符合 NEMA4/IP65 標準 。 飛機機輪徑 側向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設計 14 。 CPU 及各功能模塊皆使用插板式結構， 并帶有壓桿軟鎖定，提高了抗沖擊、抗振動能力 。 ，正壓對流排風，并裝有濾塵網(wǎng)用以防塵 。 ，并有過壓、過流保護 。 ，可防止非法開、關和非法鍵盤輸入 。 。根據(jù)需要留有 1/0 模板的接口 。 “看門狗”定時器，在因故障死機時，無需人的干預而自動復位 。 ，便于多任務的調(diào)度和運行 。 (底板 )，方便系統(tǒng)升級。 AWS8248VTPT 是一款 14 槽， TFTLCD 的工作站，是研華原有主打產(chǎn)品 AWS一 8248 的升級。相比而言， AWS8248VTPT 具有更強的擴展性能，更大的 LCD，及更具有競爭力的價格。除此之外，其三個模塊化的抽屜式設計使 S8248VTPT 較以前機型具有更好的可維護性，開放性好，兼