【導(dǎo)讀】機機輪進行靜態(tài)力學(xué)性能測試。以驗證機輪在最大靜載荷和最大限制載荷下的承受。目前國內(nèi)現(xiàn)有的兩臺徑側(cè)向機輪試驗臺都研制于二十世紀七十年代，絕大部。本文就該試驗臺的電氣控制部分的系統(tǒng)設(shè)計、硬件選型、硬件電路實現(xiàn)、軟件設(shè)計做出了詳細介紹。最后進行了系統(tǒng)的實驗室調(diào)試，將系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了很好的驗證，采用PID控制算。法通過現(xiàn)場調(diào)試取得了較好的控制效果。

　　

【正文】 兩個放大器 ERITE 的工作電源。 QC1 是轉(zhuǎn)換開關(guān)，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， RP RP2 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(guān)，為保證徑側(cè)向電機空載啟動，所以只有在電機啟動 5s 后這兩個開關(guān)才閉合，從而確保系統(tǒng)的安全。 FU 是熔斷器，作為電路短路保護。 QC1 是一旋轉(zhuǎn)開關(guān)，當其旋到左側(cè)時 5 和 6， 7 和 8， 13 和 14， 15 和 16 連接，試驗臺處于手動控制模式下。當 QC1 旋轉(zhuǎn)至右側(cè)時 1 和 2， 3 和 4， 1 和 10， 11 和 12 連接其他觸點斷開，試驗臺處于自動控制模式下。當 QC1 旋轉(zhuǎn)在中間時，試驗臺無法控制載荷壓下。 圖 34 比例溢流閥電氣圖 4 9 12 14 16 1 3 6 8 11 10 13 15 2 5 7 飛機機輪徑 側(cè)向自動化試驗 第三章 徑側(cè)向試驗臺計算機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 23 保護電路與電磁兼容性 保護電路設(shè)計 本文設(shè)計中主要做了如下電路保護設(shè)計： 在圖 34 電機控制主電路圖中，開關(guān) QF1， QF2， QF3， QF4 是自動空氣開關(guān)，空氣開關(guān)本身具備了短路電流跳閘和欠壓跳閘 [21]功能，可以實現(xiàn)短路電流和欠壓保護。其中 QF4 是單相自動空氣開關(guān)，用于控制電路的短路保護，其余為三相自動空氣開關(guān)，用于主電路保護。還有在其他的電源進線中設(shè)置了熔斷器 FU，進一步加強了系統(tǒng)的安全性。 對于電機還設(shè)計了缺相保護，其作用是當三相交流電動機缺相運行時，或者三相電源嚴重不對稱時，發(fā)出動作信號，通過 數(shù)據(jù)采集卡 跳閘，切斷電源，以保護電機。 A、 B、 C 為三相電源， N 為零線。該電路根據(jù)三相交流電不平衡負載時 [22]中心點偏移，從而產(chǎn)生一個偏移電壓，該偏移電壓通過橋式二極管整流電路將該不平衡電壓信號轉(zhuǎn)換為直流信號。再通過電阻分壓、電容濾波、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓，在電路中得到一個較穩(wěn)定的直流電壓信號。再通過光電隔離器將該信號輸入到 數(shù)據(jù)采集卡的開關(guān)量輸入 中。 COM 端口為公共端， Input 端口接 數(shù)據(jù)采集卡 的輸入口。電路如圖 35 所示。 A B CC 1 C 2 C 3ND 1D 2D 3D 4R 2R 1C 4VW VC o mI n p u t 數(shù)字量輸出模塊是直接驅(qū)動 24V 的直流繼電器。繼電器線圈是電 感性負載，在關(guān)斷過程中會產(chǎn)生很高的 di/dt，即產(chǎn)生瞬時高壓，容易將 PLC 數(shù)字量 輸出口擊穿而損壞，為此在繼電器旁路上并聯(lián)一個續(xù)流二極管，構(gòu)成關(guān)斷電流回路，保護 SM322圖 35 電機缺相保護電路圖 飛機機輪徑 側(cè)向自動化試驗 第三章 徑側(cè)向試驗臺計算機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 24 的輸出口。續(xù)流二極管選擇 IN4007。 KA 是直流繼電器， HL是指示燈。其電路原理圖如圖 36 所示。 H LK A續(xù) 流 二 極 管 圖 36 數(shù)字量輸出模塊輸出口保護電路 電磁兼容性 電磁兼容性（ EMC） 是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾能力。因此， EMC 包括兩個方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是指系統(tǒng)對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。 本系統(tǒng)電磁干擾主要體現(xiàn)在如下幾個方面： ； ； ； 其中包括四種不同的耦合機理的干擾源：電耦合、電容耦合、電感耦合及射頻耦合等。 為了確保 機輪徑側(cè)向自動化試驗裝置 計算機控制系統(tǒng)的電磁兼容性，本文采取了以下的幾項措施 。 ，確?？刂葡到y(tǒng)大面積和低阻抗與大地接觸； ，將電源線、信號電纜、數(shù)據(jù)電纜分類別放在不同的電纜槽中，避免相互干擾； ，以盡可能接近接地表面附近； ，并將屏蔽線兩端連接在機柜外殼的屏蔽地上，以衰減磁、電以及電磁干擾對電纜的影響； /保護接地母線和機柜外殼之間為低阻抗連接。 通過以上設(shè)計措施，有效地減少了電磁對系統(tǒng)的干擾，經(jīng)系統(tǒng)實際運行表明，電磁兼容性設(shè)計已把電磁干擾 對系統(tǒng)的影響控制在了有效范圍。 飛機 機輪 徑 側(cè)向自動化試驗裝置 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 25 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 徑側(cè)向自動化控制系統(tǒng)中，人機界面的設(shè)計是十分重要的環(huán)節(jié)， 它不僅關(guān)系到控制系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，而且關(guān)系到只能控制系統(tǒng)可用性和適用程度 。 上位機 軟件設(shè)計 組態(tài)軟件設(shè)計 上位機組態(tài)軟件的設(shè)計也是本系統(tǒng)設(shè)計中十分重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計好壞直接關(guān)系到智能控制系統(tǒng)的可實用性和可操作性，并且對系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)滿足的各種不同功能的實現(xiàn)，主要從系統(tǒng)響應(yīng)時間、用戶求助機制、錯誤信息處理和命令方式四個方面加以考慮，另人機界面的友好程度也關(guān)系到操作人員對系統(tǒng)的理解 程度和掌握熟練度。 基于本文設(shè)計的智能控制系統(tǒng)，組態(tài)軟件應(yīng)實現(xiàn)如下功能和要求： ； [20]； ； ； [21]； ，用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當現(xiàn)場 (包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu) )或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改即可方便地完成軟件的更新和升級； ，通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，用戶不需掌握太多的編程語言技術(shù) [22]，就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能； (8) 通用性，根據(jù)工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（ PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的 I／ O Driver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程。 從本文設(shè)計出發(fā)， 上位機應(yīng)用軟件的開發(fā)最終選用了開物 2020(Controx 2020)組態(tài)軟件。 ControX2020 是一種國內(nèi)主流的工控組態(tài)軟件，是運行于 Windows20WindowsNT、 WindowsXP 操作系統(tǒng)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)支撐軟件。作為 HMI/SCADA工具軟件，其采用真正的 Client/Sever 體系結(jié)構(gòu)，支持實時數(shù)據(jù)共享和分布式歷史數(shù)據(jù)庫；接口完全符合 OPC 國際標準，提供方便、高性能的 I/O 驅(qū)動；在軟件提供的平臺上，輕松地實現(xiàn)復(fù)雜的控制畫面和控制策略的構(gòu)造，并得到及時準確的報表。飛機 機輪 徑 側(cè)向自動化試驗裝置 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 26 降低設(shè)計成本的同時，提高了執(zhí)行的可靠性和靈活性，所提供的功能均滿足本文系統(tǒng)的設(shè)計要求。 Controx2020 提供了工業(yè)組態(tài)軟件所需要的各種功能。如：現(xiàn)場圖、設(shè)備和標簽、動畫連接、趨勢圖、報警和事件、歷史記錄 、系統(tǒng)安全等。甚至還包括了總貌圖、系統(tǒng)圖、菜單系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析表、配方管理、 ODBC 接口、軟邏輯接口、 Web Server等部分。重要的是 ControX2020 還提供了基于 Pascal 的腳本函數(shù)。腳本函數(shù)包括了數(shù)學(xué)函數(shù) 、 類型轉(zhuǎn)換函數(shù) 、 日期時間函數(shù) 、 圖頁函數(shù) 、 多媒體函數(shù) 、 文件操 作函數(shù) 、系統(tǒng)函數(shù) 、 報表函數(shù) 、 趨勢函數(shù) 、 用戶管理函數(shù) 、 ODBC 函數(shù) 、 配方函數(shù) 、 報 警函數(shù) 十三個大類的所有函數(shù)。所以對于各種邏輯控制，數(shù)據(jù)處理能夠較方便的用編程實現(xiàn)。 在與外部通信方面， ControX2020 不僅提供了與國內(nèi)外廣大 PLC 常用品牌的通訊驅(qū)動程序，還提供了與各種品牌板卡、變頻器、智能儀表以及智能模塊的數(shù)據(jù)通訊連接。同時開物 2020 系統(tǒng)的節(jié)點通過多種硬件連接方式還可以與包括標準串口(用于提供 RS232 或 RS485/422 連接方式的硬件設(shè)備 )、調(diào)制解調(diào)器 Modem、以太網(wǎng)口（用于提供 TCP/IP 通訊方式的硬件設(shè)備）在內(nèi)的多種標準通信接口的通信。 基于所選用的開物 2020 上 位機組態(tài)軟件，本系統(tǒng)設(shè)計的上位機應(yīng)用軟件采用模塊化設(shè)計思想對人機界面軟件做出設(shè)計。其結(jié)構(gòu)原理框圖如下圖 41 所示 。 人 機 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 表 模 塊報 警 模 塊安 全 功 能模 塊顯 示 模 塊 打 印 模 塊開關(guān)量控制參數(shù)設(shè)定壓力曲線模擬量數(shù)值開關(guān)量控制實時數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)過程數(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)報表事件信息操作級別用戶自定義聲光報警屏顯報警畫面報警歷史數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù) 圖 41 上位機應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)原理框圖 飛機 機輪 徑 側(cè)向自動化試驗裝置 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 上位機軟件各功能模塊設(shè)計 利用開物 2020 組態(tài)軟件開發(fā)的上位機應(yīng)用軟件主要以模塊化思想進行設(shè)計，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、報警模塊、報表模塊、安全功能模塊及打印模塊，各模塊之間相互聯(lián)系，由主程序進行調(diào)用，以共同完成某一控制任務(wù)實現(xiàn)如下幾個主要功能： 、試驗數(shù)據(jù)監(jiān)控； 、顯示系統(tǒng)的試驗參數(shù)及相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)； ，自動生產(chǎn)各種數(shù)據(jù)報表（實時數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)報表）； 。當系統(tǒng)異常時，根據(jù)各點信息判斷故障來源，并通過界面報警提醒現(xiàn)場操縱者排除故障； ，存入數(shù)據(jù)庫，形成實時報警事件顯示和歷史報警事件顯示。 其中主操作界面如圖 42 所示。 控制操作模塊主要完成對全系統(tǒng)設(shè)備進行在線實時 控制，如對電機的啟停、加壓全自動控制等。其中系統(tǒng)全部開關(guān)量由控制操作模塊向下位機發(fā)出指令，也包括 圖 42 徑側(cè)向試驗臺 控制系統(tǒng)主界面 飛機 機輪 徑 側(cè)向自動化試驗裝置 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 28 系統(tǒng)由于故障而需要執(zhí)行的系統(tǒng)整體停止的操作指令。另對 PLC 程序參數(shù)設(shè)定值也有此模塊來完成，包括下位機運行初始值的設(shè)定、加載停留時間設(shè)定、回程保持時間、過壓保護設(shè)定值、加壓啟動判斷值等。 徑側(cè)向試驗臺報表及 報警 區(qū)，顯示著最近的一次加壓時間，最近一次實驗停止時間 ，供操作者對數(shù)據(jù)進行查詢時參考，在報表中可以查詢各種重要的歷史數(shù)據(jù)，比如說： 采樣時間、徑向壓力、側(cè)向壓力、徑向位移、側(cè)向位移等，下方的 報警區(qū)，實時監(jiān)測著徑側(cè)向 輪胎試驗臺的狀態(tài)，一旦發(fā)生任何事故都會及時準確的提供故障報警信號，為整個試驗臺載荷試驗的順利進行提供了保障，為方便的查詢以前的試驗記錄，在徑側(cè)向試驗臺報表及報警區(qū)有各一個“查詢以前時間” 按鈕，連接著外部的 access 數(shù)據(jù)庫，在這個數(shù)據(jù)庫中保存著以前每次試驗的時間，操作人員，以及一些備注文字，供操作者查詢數(shù)據(jù)時參考。 在外部數(shù)據(jù)庫中，可以方便的對每條記錄進行修改操作，也可以根據(jù)需要對數(shù)據(jù)庫中的每條記錄進行刪除或增加新的記錄。這些設(shè)置都大大方便了操作者對數(shù)據(jù)庫的使用。 數(shù)據(jù)處理模塊利用實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，計算主要 性能指標，試驗成敗結(jié)果和一些數(shù)據(jù)結(jié)果處理值用于報表生成模塊之用。系統(tǒng)設(shè)計中主要考察聯(lián)合加載時徑側(cè)向壓力值的比值大小，是否符合系統(tǒng)設(shè)計時模擬飛機機輪實際著陸時所產(chǎn)生的滑動摩擦系數(shù)；破壞性實驗中最后系統(tǒng)回程保持階段所施加的最大壓力值是否超過機輪破壞性試驗設(shè)定值，如果試驗數(shù)據(jù)判斷未達到或超過此設(shè)定值，則判定此次試驗失敗，并記錄下來。 報警模塊當某一模擬量，如壓力、位移等，測量值超過系統(tǒng)給定的范圍或當次試驗設(shè)定范圍，或某一開關(guān)量，如電機啟停標志、閥門開閉、通訊網(wǎng)絡(luò)故障等發(fā)生變位時，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級的報警 信息。如輸入到報警表、屏幕顯示報警信息、聲光報警等，并依據(jù)報警信息推出相應(yīng)的動態(tài)報警畫面。 報表模塊提供自動生成本次試驗結(jié)果報表，同時對歷史數(shù)據(jù)也可以按報表模式生成，并詳細記錄每次試驗的名稱，試驗時間和試驗人員等等，同時記錄著所查詢的當次載荷試驗的壓力曲線圖。在報表自動生成中，主要提供試驗加載中每一級的中間數(shù)據(jù)，然后對每級數(shù)據(jù)自動生成徑側(cè)向載荷比，作為是否滿足實驗要求做判斷。對于每一中間級的數(shù)據(jù)，采取最大采樣值為標準，以方便操作員對每級加壓是否超過限定精度標準做出判斷。最后在第 10 級結(jié)束段，如果試驗最大實際 加壓值未超過設(shè)定值，則提示本次破壞性試驗失敗，從而提示開始新一次的試驗。 打印模塊可以實現(xiàn)報表和曲線圖型打印以及各種事件和報警記錄的實時打印。試驗數(shù)據(jù)被保存到外部數(shù)據(jù)庫中，通過調(diào)用打印模塊從而現(xiàn)實各歷史數(shù)據(jù)的打印或條件查詢結(jié)果的打印，其中提供功能強大的多條件查詢，以方便用戶需求。 通過以上模塊化的設(shè)計，使應(yīng)用軟件的編程顯得