【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1液體液溫計(jì)；2不銹鋼油箱；3電接點(diǎn)溫度計(jì)；4液位控制器；5空氣濾清器；6電動(dòng)機(jī)（）；7定級(jí)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(hào)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(hào)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(cè)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(shí)現(xiàn)徑載油缸和側(cè)載油缸多級(jí)( 10t/5t,20t/10t,30t/5t,50t/25t,100t/50t)壓力反饋信號(hào)，自動(dòng)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(gè)行程開關(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。、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(jì)可分為為五大部分：：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、畫面監(jiān)控、參數(shù)輸入、系統(tǒng)協(xié)調(diào)。： 實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)動(dòng)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(hào)，提供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。： 該部分為計(jì)算機(jī)控制載荷值輸出，通過放大電路放大驅(qū)動(dòng)電磁溢流閥控制液壓系統(tǒng)壓力；手動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)中手動(dòng)控制實(shí)質(zhì)為載荷的手動(dòng)調(diào)節(jié)，即用電位器實(shí)現(xiàn)載荷的控制，在手動(dòng)控制中系統(tǒng)為開環(huán)控制。 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)全稱工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)(Industrial Personal Computer，以下簡(jiǎn)稱工控機(jī))，簡(jiǎn)稱工控機(jī)，是一種加固的增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需要，自從美國(guó)AD 公司推出首款I(lǐng)PCMAC150工控機(jī)以來。工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)就以其性能可靠、軟件豐富、價(jià)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(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):,分辨率1024*768觀大方，方便操作?！癊LA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)。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(dòng)能力。，正壓對(duì)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?！翱撮T狗”定時(shí)器，在因故障死機(jī)時(shí)，無需人的干預(yù)而自動(dòng)復(fù)位。，便于多任務(wù)的調(diào)度和運(yùn)行。(底板)，方便系統(tǒng)升級(jí)。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(jí)。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(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。除此之外，其三個(gè)模塊化的抽屜式設(shè)計(jì)使S8248VTPT較以前機(jī)型具有更好的可維護(hù)性，開放性好，兼容性好。對(duì)于下位機(jī)的選擇，主要是選擇可編程邏輯控制器及其配套設(shè)備的選型。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)。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：；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)語言編程，如C語言。；，總線的速度和實(shí)時(shí)性高。基于以上分析，選擇西門子公司的 PLC S7300產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)連接器、PC適配器和編程電纜等。特點(diǎn)如下：1) 循環(huán)周期短，處理速度高；2) 指令集功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜功能；3) 設(shè)計(jì)緊湊，可用于空間有限的場(chǎng)合；4) 模塊化結(jié)構(gòu)，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(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要，本文對(duì)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(qū)動(dòng)繼電器，可用作負(fù)載電源，具有防短路和開路保護(hù)，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?yàn)樵撾娫闯讼?PLC 的 CPU 模塊供電以外，還要為外部的 10 個(gè)用于開關(guān)控制的繼電器供電。 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。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。在滿足試驗(yàn)臺(tái)控制要求的條件下，選擇比較經(jīng)濟(jì)的 CPU，所以沒有選擇 CPU315 及其以上的 CPU 型號(hào)。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(diǎn)數(shù)為26個(gè)，數(shù)字量輸入模塊選擇了有32個(gè)輸入點(diǎn)的SM321。這樣既滿足了當(dāng)前控制的要求，又為以后系統(tǒng)擴(kuò)展留下了充足的空間。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)。，模擬量輸出2個(gè)點(diǎn)。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(jù)上下位機(jī)的特點(diǎn)（上位機(jī)是工業(yè)計(jì)算機(jī)，可以方便擴(kuò)展通訊卡；下位機(jī)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(jī)的普通COM端口通訊，起通訊速率為19200bps，遠(yuǎn)大于系統(tǒng)所需的通訊量600ps，但是為了增強(qiáng)通訊的安全性，采用西門子專用的通訊卡CP5611進(jìn)行通訊。信息采集部分采用傳感器和配套使用的應(yīng)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(cè)技術(shù)研究所位移數(shù)字顯示器FT54712阜新電測(cè)技術(shù)研究所 軟件總體方案設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)中，試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)加壓和自動(dòng)加壓，如果是手動(dòng)加壓模式下，從加壓開始就由操作者控制，由設(shè)計(jì)中的電位調(diào)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(shí)時(shí)的壓力和位置值，然后人工控制加壓過程直到加壓結(jié)束回程，回程到位后停止，則整個(gè)手動(dòng)試驗(yàn)完成。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。獨(dú)立加壓只能加徑向壓力，因?yàn)檩喬ゲ豢赡茉跊]有承受徑向壓力的時(shí)候就承受了側(cè)向壓力，所以在程序中不允許有側(cè)向獨(dú)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(cè)向，以保證輪胎承受一定的徑向壓力后才開始承受側(cè)向壓力，避免了輪胎單獨(dú)承受側(cè)向壓力或側(cè)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(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)過程結(jié)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(cè)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(jié)束時(shí)調(diào)入位移測(cè)量子程序，以讀取機(jī)輪試驗(yàn)過程的變形和位移情況，作為位移測(cè)試的數(shù)據(jù)。位移測(cè)試子程序如圖28所示。系統(tǒng)中被控量是徑側(cè)向的載荷，試驗(yàn)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(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。試驗(yàn)開始時(shí)系統(tǒng)可以自動(dòng)運(yùn)動(dòng)接觸到被測(cè)機(jī)輪，然后將設(shè)定的目標(biāo)徑側(cè)壓力分10級(jí)逐級(jí)加壓，顯然，在徑側(cè)向聯(lián)合加壓時(shí)為了保證側(cè)向加壓時(shí)不打滑，必須先加徑向壓力，然后再加側(cè)向壓力。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。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，開始讀取輪轂變形位移值，顯示并記錄。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)。圖27 徑向加壓子程序框圖同時(shí)初始加載中，為防止加壓失效和加壓突然過大，在判斷機(jī)輪是否接觸到試驗(yàn)臺(tái)面方面，設(shè)定了一常數(shù)值和一保護(hù)值。壓力開始加載時(shí)，只有初始?jí)毫Τ^設(shè)定的常數(shù)值，試驗(yàn)才回繼續(xù)下一步驟，否則停留30秒后發(fā)出警報(bào)。如果壓力值突然加載過快，超過設(shè)定的保護(hù)值，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止加載過程，徑側(cè)向同時(shí)回程，并向操作員發(fā)出警報(bào)。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。在完成每級(jí)壓力加壓后，判斷是否完成了10級(jí)的加 n壓任務(wù)作為回程標(biāo)準(zhǔn)，并徑向完成后停留15S等待側(cè)向加壓完成，然后同時(shí)回程，以保證試驗(yàn)的成功和安全性。徑側(cè)向加壓子程序分別對(duì)應(yīng)各自的模塊，只是在調(diào)用時(shí)引用，這也方面實(shí)現(xiàn)單獨(dú)加壓時(shí)只需單獨(dú)讀取徑向加壓子程序。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。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d關(guān)量來完成。電機(jī)控制主電路原理圖如圖31所示：在此電路中，QF3是總電源開關(guān)，只有總電源開關(guān)閉合了，才能對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。QF1和QF2為自動(dòng)空氣開關(guān)，分別控制著徑向電機(jī)和側(cè)向電機(jī)與電源的連接。交流接觸器KM1，KM2線圈通電后，其常開觸點(diǎn)閉合，徑向電機(jī)和側(cè)向電機(jī)分別運(yùn)行。KH1，KH2為熱繼電器，熱繼電器通過利用電流的熱效應(yīng)而動(dòng)作，用來保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過載。在三相電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，由于三相電源的熔斷器一相熔斷，或者接觸器觸點(diǎn)燒損，或安裝維護(hù)等原因造成一相斷線等原因，易造成三相電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行。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。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(bào)警燈，當(dāng)電機(jī)控制出現(xiàn)故障時(shí)在上位機(jī)監(jiān)控畫面顯示。KA圖31 電機(jī)控制主電路原理圖 I/O模塊設(shè)計(jì)I/O模塊是所有指令下達(dá)、狀態(tài)反饋、數(shù)據(jù)采集等重要信息的設(shè)計(jì)部分，通過對(duì)各數(shù)字量和模擬量的統(tǒng)計(jì)，最終數(shù)字量輸入模塊采用的是SM321，具有32個(gè)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(guān)量輸入如下：油泵電機(jī)MM2的啟動(dòng)、停止開關(guān)；油泵電機(jī)MM2熱繼電器保護(hù)開關(guān)量；油泵電機(jī)MM2缺相保護(hù)開關(guān)量信號(hào)；油位高低開關(guān)量信號(hào)；油溫高低開關(guān)量信號(hào)；徑載油缸壓下限位；徑載油缸回程限位；側(cè)載油缸壓下限位；側(cè)載油缸回程限位；徑載油缸壓下開關(guān)；徑載油缸回程開關(guān)；徑載油缸停止開關(guān)；側(cè)載油缸伸出開關(guān)；側(cè)載油缸回程開關(guān)；側(cè)載油缸停止開關(guān)；濾阻信號(hào)（3個(gè)）；系統(tǒng)緊急停車和故障復(fù)位開關(guān)。系統(tǒng)的開關(guān)量輸出如下： 液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)是通過各種電磁閥和繼電器驅(qū)動(dòng)，兩油泵電機(jī)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(hù)與報(bào)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(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。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。 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。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(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)電磁溢流閥的標(biāo)準(zhǔn)電流。其中ERITE為驅(qū)動(dòng)放大器，它將010V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0800mA的標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)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(hào)，而是作為兩個(gè)放大器ERITE的工作電源。QC1是轉(zhuǎn)換開關(guān)，切換手動(dòng)控制與自動(dòng)控制模式。在手動(dòng)控制時(shí)采用電位器模擬給定，RPRP2是兩個(gè)模擬給定電位器，位于控制臺(tái)上，可以由操作員手工控制。在自動(dòng)控制時(shí)采用PLC的模擬量輸出信號(hào)給定。3KA、4KA為通道開關(guān)，為保證徑側(cè)向電機(jī)空載啟動(dòng)，所以只有在電機(jī)啟動(dòng)5s后這兩個(gè)開關(guān)才閉合，從而確保系統(tǒng)的安全。FU是熔斷器，作