【正文】 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。 其中電源模塊選取的是 PS307，輸出電流 5A。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。同時(shí) 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(yàn)臺的 編程要求。 接下來是接口模塊的選擇。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。因此數(shù)字量輸出模塊我們選取了有 16個(gè)數(shù)字量輸出端口的 SM322模塊 .模擬量輸入 6個(gè)點(diǎn)，模擬量輸出 2個(gè)點(diǎn)。 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]。 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 BHR4 100t， 50t， 30t， 20t 4 上海華東電 子儀表廠 載荷傳感器配套放大器 GF3 2 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(shù)研究所 位移數(shù)字顯示器 FT5471 2 阜新電測技 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)臺實(shí)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(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)手動試驗(yàn)完成。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。在聯(lián)合加壓的過程中，徑載試驗(yàn)完成了后會一直保持最終壓力，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。 開 始聯(lián) 合 加 壓載 入 加 壓設(shè) 定 載 荷分 級 加 壓結(jié) 束初 始 壓 力界 于 啟 動 值 和 保 護(hù) 值 ?讀 取每 級 加 壓 值調(diào) 用 徑 向 加 載子 程 序聯(lián) 合 回 程大 于 保 護(hù) 值 ?初 始 壓 力 過 小報(bào) 警加 壓 保 護(hù) 報(bào) 警調(diào) 用 側(cè) 向 加載 子 程 序YN達(dá) 到停 留 時(shí) 間 ?NYYN完 成 1 0 級 加 壓 ?讀 取 初 始 壓 力YN 圖 26 聯(lián)合加壓程序框圖 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(jì) 17 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。 位移測試子程序如圖 28 所示。試驗(yàn)開始時(shí)系統(tǒng)可以自動運(yùn)動接觸到被測機(jī)輪，然后將設(shè)定的目標(biāo)徑側(cè)壓力分 10 級逐級加壓，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。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，本級加壓完成后，開始讀取輪轂變形位移值，顯示并記錄。 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(jì) 18 開 始計(jì) 算設(shè) 定 值 增 量達(dá) 到 小 段加 壓 值 ?實(shí) 時(shí) 壓 力 值計(jì) 算上 一 設(shè) 定 值+ 增 量計(jì) 算 結(jié) 果 傳 送給 P I D 設(shè) 定小 段 數(shù) 值 計(jì) 算N = N + 1維 持 設(shè) 定 值 為停 留 常 數(shù)延 時(shí) 1 5 s是 否 完 成 1 0 段 加 壓 ?子 程 序 返 回結(jié) 束YNNY 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)臺面方面，設(shè)定了一常數(shù)值和一保護(hù)值。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)會自動停止加載過程，徑側(cè)向同時(shí)回程，并向操作員發(fā)出警報(bào)。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(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。 設(shè)計(jì)中分別建立徑向與側(cè)向程序模塊和位移測量程序模塊，共同受主程序模塊調(diào)動，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。 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，才能對電機(jī)進(jìn)行控制。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。在三相電動機(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，易造成三相電動機(jī)缺相運(yùn)行。 1KA， 2KA， 5KA 為可編程輸出繼電器，受 PLC輸出模塊的控制。 KA 圖 31 電機(jī)控制主電路原理圖 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向自動化試驗(yàn) 第三章 徑側(cè)向試驗(yàn)臺計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 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。模擬量輸入輸出模塊分別選取是SM331， 6 路輸入和 SM332。 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) M M2 的啟動、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) M M2 缺相保護(hù)開關(guān)量信號；油位高低開關(guān)量信號；油溫高低開關(guān)量信號；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（ 3 個(gè)）；系統(tǒng)緊急停車和故障復(fù)位開關(guān)。 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。 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)臺控制系統(tǒng)對手自動載荷加壓切換的要求。 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。其中 ERITE 為驅(qū)動放大器，它將 010V 的電壓信號轉(zhuǎn)換為 0800mA 的標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號，驅(qū)動電磁溢流閥 5DT、 6DT。24V，但它不是控制信號，而是作為兩個(gè)放大器 ERITE 的工作電源。在手動控制時(shí)采用電位器模擬給定， RP RP2 是兩個(gè)模擬給定電位器，位于控制臺上，可以由操作員手工控制。 3KA、 4KA 為通道開關(guān)，為保證徑側(cè)向電機(jī)空載啟動，所以只有在電機(jī)啟動 5s 后這兩個(gè)開關(guān)才閉合，從而確保系統(tǒng)的安全。 QC1 是一旋轉(zhuǎn)開關(guān)，當(dāng)其旋到左側(cè)時(shí) 5 和 6， 7 和 8， 13 和 14， 15 和 16 連接，試驗(yàn)臺處于手動控制模式下。當(dāng) QC1 旋轉(zhuǎn)在中間時(shí)，試驗(yàn)臺無法控制載荷壓下。其中 QF4 是單相自動空氣開關(guān)，用于控制電路的短路保護(hù)，其余為三相自動空氣開關(guān)，用于主電路保護(hù)。 對于電機(jī)還設(shè)計(jì)了缺相保護(hù)，其作用是當(dāng)三相交流電動機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)，或者三相電源嚴(yán)重不對稱時(shí)，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(hù)電機(jī)。該電路根據(jù)三相交流電不平衡負(fù)載時(shí) [22]中心點(diǎn)偏移，從而產(chǎn)生一個(gè)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。電路如圖 35 所示。繼電器線圈是電 感性負(fù)載，在關(guān)斷過程中會產(chǎn)生很高的 di/dt，即產(chǎn)生瞬時(shí)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(gè)續(xù)流二極管，構(gòu)成關(guān)斷電流回路，保護(hù) SM322圖 35 電機(jī)缺相保護(hù)電路圖 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向自動化試驗(yàn) 第三章 徑側(cè)向試驗(yàn)臺計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 24 的輸出口。 KA 是直流繼電器， HL是指示燈。 H LK A續(xù) 流 二 極 管 圖 36 數(shù)字量輸出模塊輸出口保護(hù)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(yùn)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。 本系統(tǒng)電磁干擾主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： ； ； ； 其中包括四種不同的耦合機(jī)理的干擾源：電耦合、電容耦合、電感耦合及射頻耦合等。 ，確保控制系統(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(jī)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(hù)接地母線和機(jī)柜外殼之間為低阻抗連接。 飛機(jī) 機(jī)輪 徑 側(cè)向自動化試驗(yàn)裝置 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 徑側(cè)向自動化控制系統(tǒng)中，人機(jī)界面的設(shè)計(jì)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 。 基于本文設(shè)計(jì)的智能控制系統(tǒng)，組態(tài)軟件應(yīng)實(shí)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(dāng)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(shí)，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(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能； (8) 通用性，根據(jù)工程實(shí)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(gè)具有動畫效果、實(shí)時(shí)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。 ControX2020 是一種國內(nèi)主流的工控組態(tài)軟件，是運(yùn)行于 Windows20WindowsNT、 WindowsXP 操作系統(tǒng)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)支撐軟件。飛機(jī) 機(jī)輪 徑 側(cè)向自動化試驗(yàn)裝置 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 降低設(shè)計(jì)成本的同時(shí)，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(jì)要求。如：現(xiàn)場圖、設(shè)備和標(biāo)簽、動畫連接、趨勢圖、報(bào)警和事件、歷史記錄 、系統(tǒng)安全等。重要的是 ControX2020 還提供了基于 Pascal 的腳本函數(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(shí)現(xiàn)。同時(shí)開物 2020 系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)通過多種硬件連接方式還可以與包括標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)通信接口的通信。其結(jié)構(gòu)原理框圖如下圖 41 所示 。當(dāng)系統(tǒng)異常時(shí)，根據(jù)各點(diǎn)信息判斷故障來源，并通過界面報(bào)警提醒現(xiàn)場操縱者排除故障； ，存入數(shù)據(jù)庫，形成實(shí)時(shí)報(bào)警事件顯示和歷史報(bào)警事件顯示。 控制操作模塊主要完成對全系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí) 控制，如對電機(jī)的啟停、加壓全自動控制等。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(jī)運(yùn)行初始值的設(shè)定、加載停留時(shí)間設(shè)定、回程保持時(shí)間、過壓保護(hù)設(shè)定值、加壓啟動判斷值等。 在外部數(shù)據(jù)庫中，可以方便的對每條記錄進(jìn)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(jìn)行刪除或增加新的記錄。 數(shù)據(jù)處理模塊利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算主要 性能指標(biāo)，試驗(yàn)成敗結(jié)果和一些數(shù)據(jù)結(jié)果處理值用于報(bào)表生成模塊之用。 報(bào)警模塊當(dāng)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(dāng)次試驗(yàn)設(shè)定范圍，或某一開關(guān)量，如電機(jī)啟停標(biāo)志、閥門開閉、通訊網(wǎng)絡(luò)故障等發(fā)生變位時(shí)，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級的報(bào)警 信息。 報(bào)表模塊提供自動生成本次試驗(yàn)結(jié)果報(bào)表，同時(shí)對歷史數(shù)據(jù)也可以按報(bào)表模式生成，并詳細(xì)記錄每次試驗(yàn)的名稱，試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)人員等等，同時(shí)記錄著所查詢的當(dāng)次載荷試驗(yàn)的壓力曲線圖。對于每一中間級的數(shù)據(jù)，采取最大采樣值為標(biāo)準(zhǔn)，以方便操作員對每級加壓是否超過限定精度標(biāo)準(zhǔn)做出判斷。 打印模塊可以實(shí)現(xiàn)報(bào)表和曲線圖型打印以及各種事件和報(bào)警記錄的實(shí)時(shí)打印。 通過以上模塊化的設(shè)計(jì)，使應(yīng)用軟件的編程顯得條理清