【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(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。當(dāng)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(jì) 60 年代末在繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(shù)運算，對模擬量進(jìn)行控制等功能 [14]。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。與一般的計算機(jī)有許多優(yōu)點，其主要表現(xiàn)在 : 1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 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(dá)幾十萬小時。PLC 專為在工作環(huán)境比較惡劣的條件下應(yīng)用而設(shè)計， PLC 采取了一系列措施，在硬件設(shè)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(jié)構(gòu)，加固、簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印刷電路板的設(shè)計、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié) 構(gòu)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(shè)定；各模塊均采用屏蔽措施，防止輻射干擾；采用優(yōu)良的開關(guān)電源。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)械振動和濕度很大的地方。 2) 編程簡單易學(xué)，使用方便 用微機(jī)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(jī)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(fù)雜的程序，但梯形圖仍被廣泛地使用。 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)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(shè)備 (按鈕、開關(guān)等 )與PLC 輸入端子連接；將接受輸出信號執(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，接線簡單、工作量少。 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)。 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(qiáng) 這是一個基本的，也是最重要的要求之一。設(shè)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(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。 2) 響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)處理、存儲能力強(qiáng) 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(yīng)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(jié)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(qiáng)。 3) 性價比高 下面對各系統(tǒng)的優(yōu)缺點進(jìn)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(jī)系統(tǒng)一般應(yīng)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(jī) 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(jī)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(jī)是可以的，但在工作環(huán)境惡劣、可靠性要求高的場合， IPC 達(dá)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(yīng)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(luò)上的組網(wǎng)不同，導(dǎo)致二者的價格有較高差異。 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)級的高可靠性， DCS 系統(tǒng)普遍對通信網(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，對故障檢測及自動切換到備用子網(wǎng)的裝置。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。 PLC 網(wǎng)絡(luò)則不同 ，一般在網(wǎng)絡(luò)級它不搞 1:1 網(wǎng)絡(luò)冗余，僅在關(guān)鍵部位選用冗余結(jié)構(gòu)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(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 10 絡(luò)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(qiáng)的自治性，它對 PLC 網(wǎng)絡(luò)的通信速度要求比較低。需要通過網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)量相對比較少，這使得 PLC 網(wǎng)絡(luò)變得比較簡單。而 DCS 系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)一級實現(xiàn)三電一體化，它對網(wǎng)絡(luò)通信速度的要求比較高，需要通過網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)量 比較大，這使得 DCS 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜。簡單網(wǎng)絡(luò)的可靠性總歸比復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性容易保證。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。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(jī)相結(jié)合的控制系統(tǒng)方案。 對于徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺控制系統(tǒng)的設(shè)計采用計算機(jī)控制技術(shù)。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。 ，可以實現(xiàn)不同于一般線性調(diào) 節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、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(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 ： 控 制 器D / A液 壓 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 飛 機(jī) 輪 胎壓 力 值 反 饋A / D+eTT壓 力壓 力 設(shè)定 值P L C試 驗 過 程 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。從本質(zhì)上看，徑側(cè)向 機(jī)輪試驗臺計算機(jī)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(jìn)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(jìn)行分析和處理，并按給 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)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(jī)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(jìn)程。 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 。 圖 24徑側(cè)向自動化試驗裝置硬件實現(xiàn)框圖 徑側(cè)向自動化試驗裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 試驗臺本體和液壓系統(tǒng)設(shè)計 徑側(cè)向機(jī)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(jī)構(gòu)，其中包括了工作平臺、底座，支柱、叉子、主油缸、側(cè)向油缸等。 第二個部分是液壓系統(tǒng)。這個系統(tǒng)為徑側(cè)向機(jī)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(jī) 閥門開度 位移數(shù)據(jù) 油缸壓力 載荷壓力 開關(guān)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(jī) 用戶 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)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(jìn)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(shè)計 的，故在管路中增加了一些旁路。液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(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 。 :根據(jù)工況要求編制的程序控制，實現(xiàn)徑載油缸和側(cè)載油缸多 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 13 級 ( 10t/5t,20t/10t,30t/5t,50t/25t,100t/50t)壓力反饋信號，自動響應(yīng)，改變溢流閥調(diào)定壓力，滿足工況要求 。 、側(cè)載油缸回程 :ZDT、 3DT 分別得電，可使徑、側(cè)載油缸快 速回程，回程速度可 調(diào) 。 ，兩個行程開關(guān)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(cè)載油缸無桿腔的準(zhǔn)確油缸壓力 。 控制系統(tǒng) 硬件選型 系統(tǒng)設(shè)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(jī)與下位機(jī)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(zhuǎn)換為數(shù)字信號，提 供給計算機(jī)系統(tǒng)。 ： 該部分為計算機(jī)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(jī)全稱工業(yè)個人計算機(jī) (Industrial Personal Computer，以下簡稱工控機(jī) )，簡稱工控機(jī)，是一種加固的增強(qiáng)型個人計算機(jī)，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I(lǐng)PCMAC150 工控機(jī)以來。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。 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，所以在本次徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺控制中選用臺灣研華公司生產(chǎn)的 AWS8248VTPT 型工控機(jī)，該工控機(jī)具有以下特點 : 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(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) 。 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 14 。 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 。 ，正壓對流排風(fēng)，并裝有濾塵網(wǎng)用以防塵 。 ，并有過壓、過流保護(hù) 。 ，可防止非法開、關(guān)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(jī)時，無需人的干預(yù)而自動復(fù)位 。 ，便于多任務(wù)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(qiáng)的擴(kuò)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(shè)計使 S8248VTPT 較以前機(jī)型具有更好的可維護(hù)性，開放性好，兼