摘 要:汽車V帶疲勞試驗(yàn)機(jī)是用于檢測(cè)汽車傳動(dòng)帶的壽命及可靠性的專用試驗(yàn)機(jī),廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)帶疲勞性試驗(yàn)檢測(cè),其控制系統(tǒng)采用工控機(jī)、顯示器與PLC、模塊共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、試驗(yàn)檢測(cè)過程自動(dòng)化,同時(shí)自動(dòng)生成測(cè)試曲線,記錄測(cè)試結(jié)果。
關(guān)鍵詞:試驗(yàn)機(jī);控制系統(tǒng);自動(dòng)化;檢測(cè)
隨著汽車的普及化,公眾對(duì)汽車的安全性及配件使用壽命要求日益提高,汽車傳動(dòng)帶質(zhì)量及使用壽命對(duì)于駕乘人員的安全起著重要的作用,現(xiàn)今市面上的生產(chǎn)的汽車V帶種類繁雜、良莠不齊,因此對(duì)其質(zhì)量的監(jiān)督勢(shì)在必行。汽車V帶的疲勞性能則需在其疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試,那么試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。然而從設(shè)計(jì)理念上采用機(jī)電一體化的形式,從數(shù)據(jù)采集的智能性、設(shè)備操作的便捷性、檢測(cè)過程中無人值守及設(shè)備自身的可靠性出發(fā),設(shè)計(jì)研發(fā)擁有高度自動(dòng)化的控制系統(tǒng)更能提高檢測(cè)效率。
1 概述
汽車V帶疲勞試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)是結(jié)合其設(shè)備系統(tǒng)原理、依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《V帶疲勞試驗(yàn)方法有扭矩法》(GB/T14562)、《普通V帶疲勞試驗(yàn)方法(無扭矩法)》(GB/T15328)中的試驗(yàn)程序?qū)ζ溥M(jìn)行自動(dòng)試驗(yàn)控制。
2 硬件分析與選型
2.1 下位機(jī)
試驗(yàn)系統(tǒng)主要由電機(jī)、滑差離合器、轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器等組成。電機(jī)通過變頻器控制,運(yùn)用模擬量輸出控制變頻器頻率,進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)通過傳送帶帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng),主軸轉(zhuǎn)速采用轉(zhuǎn)速傳感器采集,輸出頻率信號(hào)。從動(dòng)軸則通過滑差離合器來控制加載的功率,扭矩傳感器則是用來采集其轉(zhuǎn)速和扭矩,進(jìn)而換算出加載的功率大小。綜上原理,本試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的下位機(jī)采用臺(tái)達(dá)PLC[ 1 ]來控制輸出和采集數(shù)據(jù),具體采用DVP-14SS211T系列主機(jī)和DVP-02DA-S擴(kuò)展模塊來實(shí)現(xiàn)。
DVP-14SS211T:
主機(jī)點(diǎn)數(shù):14(8DI+6DO);
程序容量:8k steps;
通訊端口:內(nèi)置RS-232與RS-485,兼容Modbus ASCII/RTU通訊協(xié)議;
內(nèi)置高數(shù)計(jì)數(shù)器,2相2輸入,頻率可達(dá)10kHz。
DVP-02DA-S:
模擬信號(hào)輸出通道:2通道/臺(tái);
模擬輸出范圍:0~10V或0~20mA;
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)范圍:0~4000;
分辨率:12bits(1LSB=2.5mV)或(1LSB=5μA)。
2.2 模塊
RemoDAQ-8000模塊是基于RS-485網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集模塊。它們提供了計(jì)數(shù)器/頻率測(cè)量功能。模塊可以由命令遠(yuǎn)程控制。RemoDAQ-8080特性如下:2個(gè)單獨(dú)的32位計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1;2路頻率測(cè)量;輸入頻率:1Hz~100K Hz;輸出:RS-485通訊。
RemoDAQ-8080模塊是用來測(cè)量主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速。主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速后輸出頻率信號(hào),經(jīng)RemoDAQ-8080模塊采集,與工控機(jī)通過RS-485通訊,運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[ 2 ]經(jīng)上位機(jī)軟件處理,實(shí)時(shí)顯示主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速。
2.3 上位機(jī)
系統(tǒng)上位機(jī)采用工控機(jī),顯示器作為人機(jī)界面顯示,運(yùn)用Visual Basic程序設(shè)計(jì)[ 3 ]軟件進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與界面設(shè)計(jì)。
3 界面設(shè)計(jì)
系統(tǒng)界面包含主界面、參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)報(bào)表、手動(dòng)調(diào)試。主界面可實(shí)時(shí)顯示主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速、從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速、加載功率、運(yùn)行時(shí)間、滑差率數(shù)據(jù),同時(shí)自動(dòng)繪制滑差率與運(yùn)行時(shí)間曲線。參數(shù)設(shè)置界面用來設(shè)置試驗(yàn)過程用參數(shù),系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)置好的參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行試驗(yàn)機(jī),對(duì)試件進(jìn)行疲勞測(cè)試。試驗(yàn)報(bào)表可在試驗(yàn)完成后自動(dòng)生成結(jié)果數(shù)據(jù)并于數(shù)據(jù)庫(kù)連接,可對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行輸出、打印,也可查詢歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)。手動(dòng)調(diào)試界面主要用于設(shè)備維護(hù)和前期調(diào)試,可控制試驗(yàn)系統(tǒng)的各個(gè)動(dòng)作、采集系統(tǒng)內(nèi)所有參數(shù)指標(biāo)。
4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
汽車V帶疲勞試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)主要分為兩大部分,一部分為主動(dòng)軸部分,另一部分為從動(dòng)軸部分。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)主動(dòng)軸帶輪帶動(dòng)從動(dòng)軸帶輪旋轉(zhuǎn),從動(dòng)帶輪軸的一端連接滑差離合器電樞,滑差離合器感應(yīng)軸與增速帶輪的帶輪相連接,帶輪帶動(dòng)與主動(dòng)帶輪同軸的小帶輪旋轉(zhuǎn),再在主動(dòng)軸與從動(dòng)軸上按標(biāo)準(zhǔn)連接好試件,即可實(shí)現(xiàn)試件疲勞性能的檢測(cè)。該試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵在于自動(dòng)控制主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和施加在從動(dòng)軸上的功率,并且能自動(dòng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速通過傳感器與模塊采集、變換后傳于上位機(jī)系統(tǒng),上位機(jī)接收到其轉(zhuǎn)速信號(hào),經(jīng)計(jì)算后改變PLC的模擬量輸出,進(jìn)而控制變頻器,再通過變頻器控制交流變頻電機(jī)的輸出頻率,電機(jī)的輸出頻率改變,即主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速也隨之改變,主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)即形成了閉環(huán)控制系統(tǒng)[ 4 ],最終穩(wěn)定在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。從動(dòng)軸部分施加的功率是通過PLC的模擬量輸出控制滑差離合器的激磁電流的變化來獲得試驗(yàn)所需的不同的轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)矩的大小體現(xiàn)在系統(tǒng)施加的功率上。自動(dòng)控制從動(dòng)軸部分施加的功率則是通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)從動(dòng)軸扭矩和從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的變化,反饋到上位機(jī),再與設(shè)定功率進(jìn)行比較計(jì)算來改變輸出,形成閉環(huán)控制,實(shí)時(shí)保證加載的功率與設(shè)定值相符。自動(dòng)控制系統(tǒng)還具備自動(dòng)計(jì)時(shí)功能,實(shí)時(shí)記錄測(cè)試運(yùn)行時(shí)間(結(jié)果數(shù)據(jù)),達(dá)到測(cè)試終止條件自動(dòng)停機(jī)功能,自動(dòng)化程度高,可靠性好,無需定人值守,自動(dòng)完成檢測(cè)功能。
5 結(jié)語
本自動(dòng)控制系統(tǒng)由工控機(jī)、顯示器、PLC、模塊、打印機(jī)和專用軟件組成。工控機(jī)、顯示器配合專用軟件完成了系統(tǒng)的自動(dòng)控制與顯示,PLC和模塊執(zhí)行控制的輸出與數(shù)據(jù)的采集,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化,人機(jī)界面直觀友善,同時(shí)自動(dòng)生成測(cè)試曲線,自動(dòng)完成測(cè)試數(shù)據(jù)的報(bào)表填寫,測(cè)試結(jié)果由專用數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存,實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查取功能。最終測(cè)試結(jié)果可通過打印機(jī)輸出。
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作者簡(jiǎn)介:宋慶東(1988-),男,遼寧沈陽(yáng)人,研究方向:自動(dòng)化。