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Abstract:
Mainlyintroducesthebasicfunctionsofbenchtestmachine′sautomatic-controlsystem.ProposesacontrolsystemwithPLCasthecoretechnology,expoundsthesystemcontrolstrategy,systemdesignandthedebuggingprocess,andsummarizestheadvantagesofPLCcontrol.
Keywords:
automaticcontrol;
benchtestmachine;
PLCcontrol
收稿日期:
2010-03-10
基金项目:
湖北省自然科学基金资助项目(2008CBD293作者简介:
莉(1970-,女,湖北武汉人,湖北工业大学实验师,硕士,主要从事机械设计及理论,机电方面的研究,
E-mail:
**********************
湖南工业大学学报JournalofHunanUniversityofTechnologyVol.25No.3May2011
第25卷第3期2011年5月0引言
汽车制动器试验机(以下简称试验机是一种
综合性试验设备,主要用于轿车及轻型汽车的盘式(或鼓式制动器及摩擦衬片的性能测试。
不同类型的制动器,测试项目也不同。
试验机主要需进行的试验有:
制动器的制动性能试验、手刹车性能试验、静扭矩试验、恒压/恒扭矩性能试验、浸水性能试验等。
一般需根据对制动器的性能要求,选择不同的测试项目,因此,试验机控制系统必须具有较高的通用性、可靠性和灵活性。
本文研究的试验机具有较好的通用性,能完成目前世界上大多数汽车制造商采用C406和T564标准进行的性能测试。
PLC(programmablelogiccontroller,即可编程逻辑控制器是专为工业环境应用而设计制造的计算
机,它具有丰富的输入、输出接口,可控能力强。
但可编程逻辑控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其控制程序需根据控制要求进行设计编制。
本文基于PLC对试验机的控制系统进行设计,探索可使试验机结构更简单、性能更通用可靠、控制更简便的设计方法。
1
控制系统理论模型及控制策略
1.1
控制系统模型
制动器试验机由主机、辅机和调速系统、控制
系统及计算机系统组成。
主机主要由滑台系统、液压系统、气动系统、排尘冷却系统、主电机及传动系统等组成。
在系统设计前必须分析试验机自动控
第3期77
制系统的基本流程及要求,建立控制系统模型图,如图1所示。
1.2
控制策略
本系统硬件主要由上位计算机、PLC控制系统、
控制面板开关、各种传感器和各执行单元组成。
上位机对PLC进行监控编程,并将A/D转换后的数字控制量作为自动信号输入给PLC。
PLC的控制过程为:
手动信号(直接由控制面板输入或自动信号(由上位机发出,即将传感器采集的压力、温度、扭矩值等各种模拟信号的当前值与系统给定值进行比较,若满足设定条件则为“真”,否则为“假”输入到对应端口,PLC根据用户程序进行逻辑运算,将结果输送到各输出端口,控制执行单元接触器或继电器的通断,从而控制各执行系统的启停。
同时,各执行系统的传感器向PLC发送反馈信息,以实现PLC对各执行系统的综合协调控制。
本文中的PLC可控制液压系统、滑台系统、主电机、气动系统、排尘冷却系统的启停。
即根据现场需求,启动1个或多个执行系统,从而完成主电机启停及正反转,即控制液压站、水泵站、风机、空调启停,进行恒压压力、伺服扭矩压力选择,完成惯性制动、手刹车、静力矩加载和卸载等功能动作。
为使试验机更安全可靠,当遇到紧急情况时,除程序控制自动停止外,还可由硬件制动停止,这时可按下身边最近的任一急停按钮,使主轴停止旋转,同时整体控制电路全部被切断。
试验机所有控制系统失电进入保护状态,做到软硬件双保险。
2
PLC在控制系统中功能设计
2.1
PLC在控制系统中的基本功能
根据用户的不同需求,编制不同程序,当控制功
能作少许改动时,只需修改应用程序即可,无需变换实际接线。
本文控制系统接线简单明了,控制逻辑清楚,易于实现故障的排查,方便快速地适应不
同型号制动器的试验,且故障率有较大降低。
PLC根据控制面板输入信号或反馈信号执行以下控制。
1手动/自动状态下,控制液压站启停;
2运行停止控制;
3排尘风机启停;
4空调启停;
5制动控制;
6手刹车控制;
7静扭加载/卸载控制;
8恒压/恒矩控制;
9卸荷控制;
10浸水控制;
11反转控制;
12主电机停止控制;
13报警控制等主要控制功能。
2.2
各主要控制功能的逻辑关系设计
各主要控制功能的逻辑关系要求:
1手动和自动状态互锁;
2在各力学试验之前,要先启动液压
站;
3为保护空调设备,排尘风机要先于空调启动;
4恒压/恒矩、浸水、反转控制试验只有在自动状态下才能进行;
5主电机出现故障时,系统能自动停机并报警;
6试验机的硬件出现故障时,系统应立即停机并报警提示。
根据这些要求对控制系统逻辑关系进行设计。
3
PLC梯形图编程
3.1
PLC机型的选择及I/O通道的确定
PLC机型的选择和I/O点数的确定,在整个系统
设计中很重要,考虑的因素很多[1-3]。
本文控制系统的I/O主要通道分配见表1。
图1
控制系统模型图Fig.1
Thecontrolsystemmodeldiagram
表1
I/O主要通道分配表
Table1
ThetableofI/Omainchannelallocation
王莉,等 基于PLC的汽车制动器台架试验机控制系统设计
782011年
湖南工业大学 学 报本系统主要考虑:
完成试验机自动控制,报警信息的判断与显示等快速响应,输入输出方式及负载能力,所要用到的端口数量,用户程序存储器的容量,生产厂家习惯和常用型号等。
综合多种因素,本系统决定采用欧姆龙CPM2AH-60CDR型PLC,输入36点,输出24点,它具有高速扫描和中断的高速处理、高速计数功能。
能较好地满足快速响应的系统性能要求,保证系统可靠、安全、经济及编程和调试维护方便。
3.2硬件及PLC梯形图设计
硬件设计主要确定上位机与PLC的联接和操作控制箱内输入输出信号端口与PLC的连接,并设计外围辅助电路及操作控制箱[3-4]。
采用DC24V电源为输入设备提供电源。
按设计要求,联接各线路。
PLC梯形图设计是根据PLC扫描工作方式的特点,按照试验机控制流程及各步动作的逻辑关系,合理划分程序模块[1,4-5]。
本系统PLC控制程序,采用经验设计法。
试验机经现场调试后,各项测试功能运行良好,达到自动控制的要求,说明程序编制正确。
以制动动作控制为例,图2是其控制部分梯形图。
从程序中可看出,首先必须在液压站正常工作时,制动测试才能执行,否则,无论自动或手动状态下,制动测试指令都不执行。
4系统调试
控制程序编制完成后,应先在实验室进行无荷
载模拟调试,主要测试输入输出逻辑信号状态是否正确,检验程序的准确性,然后才能进行实机逐步调试,直至整个控制过程满足设计要求。
系统调试
的内容较多,下面以自动状态下的制动调试为例,说明系统的调试过程。
准备:
液压站启动。
拨动开关0.03ON与运行/停止开关0.10ON→10.04ON→10.04ON与自动液压站输入信号0.08ON→液压站置位6.00ON→液压站12.04ON。
自动制动调试信号1.05ON与10.04ON→制动置位7.03ON与液压站12.04ON→制动输出10.05ON。
此时制动试验开始,达到自动控制的设计要求。
5结语
PLC控制技术运用于汽车制动器台架试验机的
自动控制系统,它取代了传统的继电器逻辑控制,使控制系统在结构和性能上得到较大优化,故障率有了较大降低。
随着科学技术的发展,PLC与上位计算机信息控制技术、传感器技术综合应用,将使汽车台架试验机的应用性能更优化,操作更加简便、安全、可靠。
具有较大实用价值。
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(责任编辑:
李玉珍
图2
制动控制部分梯形图
Fig.2
Ladderdiagramofbrakecontrolsection
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