【文章內容簡介】 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定壓力。:根據工況要求編制的程序控制，實現(xiàn)徑載油缸和側載油缸多級( 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。，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：：實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據存儲、畫面監(jiān)控、參數(shù)輸入、系統(tǒng)協(xié)調。： 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)中手動控制實質為載荷的手動調節(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的AWS8248VTPT型工控機，該工控機具有以下特點:,分辨率1024*768觀大方，方便操作?！癊LA準的全鋼化工業(yè)機箱，增強了抗電磁干擾能力，鋁質面板符合NEMA4/IP65標準。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。根據需要留有1/0模板的接口?！翱撮T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，兼容性好。對于下位機的選擇，主要是選擇可編程邏輯控制器及其配套設備的選型。目前三家著名的PLC廠家SIEMENS、GE和OMRON公司的產品現(xiàn)在在國內的應用得比較多，遍及國民經濟的各個行業(yè)。按照本項目的要求對各廠家的PLC的相關性能進行了考核：；由于PLC 本身的內置的控制算法只有PLC模塊，控制時只能調用其內部的算法，而我們在控制時會涉及到一些復雜算法，如本文設計的模糊自適應控制等，所以需要PLC支持高級語言編程，如C語言。；，總線的速度和實時性高。基于以上分析，選擇西門子公司的 PLC S7300產品[17][18]。其中包括：電源模塊、CPU模塊、CPU后備電池、模擬量輸入模塊AI、模擬量輸出模塊AO、數(shù)字量輸入模塊DI、數(shù)字量輸出模塊DO、網絡連接器、PC適配器和編程電纜等。特點如下：1) 循環(huán)周期短，處理速度高；2) 指令集功能強大，可用于復雜功能；3) 設計緊湊，可用于空間有限的場合；4) 模塊化結構，適合密集安裝；5) 不同檔次的 CPU 和各種各樣的功能模塊和I/O模塊可供選擇。根據系統(tǒng)實際需要，本文對主要部件做了以下選擇。其中電源模塊選取的是PS307，輸出電流 5A。電壓 24VDC，可以直接驅動繼電器，可用作負載電源，具有防短路和開路保護，可連接單相交流系統(tǒng) (輸入電壓120/230 VAC，50/60 Hz)，具有可靠的隔離特性，符合 EN 60 950。選擇 5A 的電源是因為該電源除了向 PLC 的 CPU 模塊供電以外，還要為外部的 10 個用于開關控制的繼電器供電。 CPU 模塊選擇的是 CPU314，因為 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，這對于本試驗臺的壓力實時控制是十分有利的。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。在滿足試驗臺控制要求的條件下，選擇比較經濟的 CPU，所以沒有選擇 CPU315 及其以上的 CPU 型號。接下來是接口模塊的選擇。首先是數(shù)字量模塊，數(shù)字量輸入的控制點數(shù)為26個，數(shù)字量輸入模塊選擇了有32個輸入點的SM321。這樣既滿足了當前控制的要求，又為以后系統(tǒng)擴展留下了充足的空間。數(shù)字量輸出7個點，其中液壓系統(tǒng)5個，油泵電機的控制2個。，模擬量輸出2個點。模擬量輸入選擇的是SM331模塊，模擬量輸出選擇的是SM332模塊。根據上下位機的特點（上位機是工業(yè)計算機，可以方便擴展通訊卡；下位機為PLC，其CPU為CPU314，自帶MPI通訊口），選用MPI通訊方式[19]。MPI通訊可以利用上位機的普通COM端口通訊，起通訊速率為19200bps，遠大于系統(tǒng)所需的通訊量600ps，但是為了增強通訊的安全性，采用西門子專用的通訊卡CP5611進行通訊。信息采集部分采用傳感器和配套使用的應變放大器，配置如表21所示： 表21 信息采集部分硬件選型載荷傳感器 BHR4100t，50t，30t，20t4上海華東電子儀表廠載荷傳感器配套放大器 GF32上海華東電子儀表廠載荷數(shù)字顯示器GGD38型2上海華東電子儀表廠位移傳感器FTA10（）2阜新電測技術研究所位移數(shù)字顯示器FT54712阜新電測技術研究所 軟件總體方案設計 軟件設計中，試驗臺實現(xiàn)手動加壓和自動加壓，如果是手動加壓模式下，從加壓開始就由操作者控制，由設計中的電位調節(jié)器來整定輸入壓力的大小及位移的大小，反饋值都是由數(shù)顯儀表來體現(xiàn)實時的壓力和位置值，然后人工控制加壓過程直到加壓結束回程，回程到位后停止，則整個手動試驗完成。在自動加壓程序的情形下，徑側向自動加壓分成兩種加壓方式，一種是徑向獨立加壓，另一種是徑側向聯(lián)合加壓。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向壓力，所以在程序中不允許有側向獨立加壓的情況。聯(lián)合加壓也必須先加徑向，徑向先加5S后再加側向，以保證輪胎承受一定的徑向壓力后才開始承受側向壓力，避免了輪胎單獨承受側向壓力或側向壓力大于徑向壓力的情況。在聯(lián)合加壓的過程中，徑載試驗完成了后會一直保持最終壓力，直到側載試驗也完成，這時徑側向油缸同時回程，聯(lián)合加載試驗結束，程序回到主程序中，等到回程到位后停止，整個試驗過程結束。聯(lián)合加載程序框圖如26所示。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，側向加壓子程序與徑向加壓子程序基本原理一致。在每小段加壓結束時調入位移測量子程序，以讀取機輪試驗過程的變形和位移情況，作為位移測試的數(shù)據。位移測試子程序如圖28所示。系統(tǒng)中被控量是徑側向的載荷，試驗中的載荷通過載荷傳感器、PID控制器以及模擬量輸出模塊構成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。試驗開始時系統(tǒng)可以自動運動接觸到被測機輪，然后將設定的目標徑側壓力分10級逐級加壓，顯然，在徑側向聯(lián)合加壓時為了保證側向加壓時不打滑，必須先加徑向壓力，然后再加側向壓力。另外，由于徑側向聯(lián)合加壓會相互影響 ，徑側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)測徑側向壓力值，只有徑側向壓力都滿足本級壓力目標時本級加壓才算完成。為了達到這個目標，使用徑側向循環(huán)加壓的辦法，本級加壓完成后，開始讀取輪轂變形位移值，顯示并記錄。然后再進入下一級壓力施加循環(huán)，當10級壓力都完成后，系統(tǒng)自動減壓，加壓機構自動完成回程，完成試驗。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，在判斷機輪是否接觸到試驗臺面方面，設定了一常數(shù)值和一保護值。壓力開始加載時，只有初始壓力超過設定的常數(shù)值，試驗才回繼續(xù)下一步驟，否則停留30秒后發(fā)出警報。如果壓力值突然加載過快，超過設定的保護值，則系統(tǒng)會自動停止加載過程，徑側向同時回程，并向操作員發(fā)出警報。圖28位移測量子程序框圖對于每小段的加壓值，采取系統(tǒng)采樣時間為基準，每段的上升時間除以基準時間得到每小部分設定加壓值的增量，從而保證與采樣時間同步，能更好的滿足實時性要求。在完成每級壓力加壓后，判斷是否完成了10級的加 n壓任務作為回程標準，并徑向完成后停留15S等待側向加壓完成，然后同時回程，以保證試驗的成功和安全性。徑側向加壓子程序分別對應各自的模塊，只是在調用時引用，這也方面實現(xiàn)單獨加壓時只需單獨讀取徑向加壓子程序。設計中分別建立徑向與側向程序模塊和位移測量程序模塊，共同受主程序模塊調動，各中間數(shù)據由主程序模塊負責和子模塊之間傳送，中間結果也由主程序模塊集中向上位機傳送，以實現(xiàn)在線的監(jiān)控。第三章 徑側向試驗臺計算機控制系統(tǒng)硬件設計本章主要介紹徑側向聯(lián)合加壓試驗臺電氣部分的硬件電路，包括主電路，PLC接線電路和各種保護電路等 電機控制主電路電機控制主電路主要負責對徑(側)電機的啟停狀態(tài)的控制及電機故障的實時報警功能，這些主要由PLC的數(shù)字模塊的開d關量來完成。電機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，只有總電源開關閉合了，才能對電機進行控制。QF1和QF2為自動空氣開關，分別控制著徑向電機和側向電機與電源的連接。交流接觸器KM1，KM2線圈通電后，其常開觸點閉合，徑向電機和側向電機分別運行。KH1，KH2為熱繼電器，熱繼電器通過利用電流的熱效應而動作，用來保護電動機的過載。在三相電動機運行中，由于三相電源的熔斷器一相熔斷，或者接觸器觸點燒損，或安裝維護等原因造成一相斷線等原因，易造成三相電動機缺相運行。若發(fā)現(xiàn)不及時，時間稍長便會燒毀電機，造成設備損壞，為了保護電機在電機控制主電路中加入了缺相保護電路。1KA，2KA，5KA為可編程輸出繼電器，受PLC輸出模塊的控制。KA為故障報警燈，當電機控制出現(xiàn)故障時在上位機監(jiān)控畫面顯示。KA圖31 電機控制主電路原理圖 I/O模塊設計I/O模塊是所有指令下達、狀態(tài)反饋、數(shù)據采集等重要信息的設計部分，通過對各數(shù)字量和模擬量的統(tǒng)計，最終數(shù)字量輸入模塊采用的是SM321，具有32個數(shù)字量輸入接口。數(shù)字量輸出模塊采用SM322。模擬量輸入輸出模塊分別選取是SM331，6 路輸入和SM332。其數(shù)字量及模擬量模塊的電氣圖分別如圖32和33所示。圖32 數(shù)字量模塊電氣圖圖33 模擬量模塊電氣圖系統(tǒng)的開關量輸入如下：油泵電機MM2的啟動、停止開關；油泵電機MM2熱繼電器保護開關量；油泵電機MM2缺相保護開關量信號；油位高低開關量信號；油溫高低開關量信號；徑載油缸壓下限位；徑載油缸回程限位；側載油缸壓下限位；側載油缸回程限位；徑載油缸壓下開關；徑載油缸回程開關；徑載油缸停止開關；側載油缸伸出開關；側載油缸回程開關；側載油缸停止開關；濾阻信號（3個）；系統(tǒng)緊急停車和故障復位開關。系統(tǒng)的開關量輸出如下： 液壓系統(tǒng)的驅動是通過各種電磁閥和繼電器驅動，兩油泵電機由1KA，2KA控制；3KA，4KA控制電磁溢流閥通道的開通與閉合；5KA為故障保護與報警控制；1HL15HL為系統(tǒng)狀態(tài)指示燈。系統(tǒng)的模擬量輸入如下：徑向載荷值；側向載荷值；輪軸位移值；輪緣位移值；徑向油缸壓力值；側向油缸壓力值。系統(tǒng)的模擬量輸出兩路信號：徑向載荷輸出；側向載荷輸出。 比例溢流閥設計在這部分的電氣設計中，以多路轉換開關的設計完成壓力試驗臺控制系統(tǒng)對手自動載荷加壓切換的要求。其電氣圖如圖34所示。圖34 比例溢流閥電氣圖49121416136811101315257如圖34所示，電源VC1為給定電壓源，其電壓精度要求高且要穩(wěn)定，其電壓輸出為10V。由于電磁溢流閥必須是電流輸入，所以還必須將電壓信號轉換成可以驅動電磁溢流閥的標準電流。其中ERITE為驅動放大器，它將010V的電壓信號轉換為0800mA的標準直流電流信號，驅動電磁溢流閥5DT、6DT。其中VC2是穩(wěn)壓電源，輸出電壓177。24V，但它不是控制信號，而是作為兩個放大器ERITE的工作電源。QC1是轉換開關，切換手動控制與自動控制模式。在手動控制時采用電位器模擬給定，RPRP2是兩個模擬給定電位器，位于控制臺上，可以由操作員手工控制。在自動控制時采用PLC的模擬量輸出信號給定。3KA、4KA為通道開關，為保證徑側向電機空載啟動，所以只有在電機啟動5s后這兩個開關才閉合，從而確保系統(tǒng)的安全。FU是熔斷器，作