基于PLC的汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(0積分下載)

1、基于 PLC 的汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)王莉,朱清波(湖北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械學(xué)院,湖北 武漢 430068摘 要:以汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)為研究背景,提出了以 PLC 應(yīng)用為核心的控制系統(tǒng)控制方 案。闡述了該 PLC 控制系統(tǒng)的控制策略及系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試過程,并總結(jié)了 PLC 控制的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制;臺(tái)式試驗(yàn)機(jī); PLC 控制器 中圖分類號(hào):TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-9833(201103-0076-03Application of PLC in Control of Bench Test Machine for Automotive BrakeWang

2、Li, Zhu Qingbo(School of Mechanical, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China Abstract :Mainly introduces the basic functions of bench test machine s automatic-control system. Proposes acontrol system with PLC as the core technology, expounds the system control strategy, system design and

3、 the debuggingprocess, and summarizes the advantages of PLC control.Keywords :automatic control; bench test machine; PLC control收稿日期 :2010-03-10基金項(xiàng)目 :湖北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2008CBD293 作者簡(jiǎn)介 :王莉(1970- ,女,湖北武漢人,湖北工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)師,碩士,主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及理論,機(jī)電方面的研究,E-mail :whmiaomiao1120湖 南 工 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) Journal of Hunan University of

4、 TechnologyVol.25 No.3May 2011第 25卷 第 3期 2011年 5月 0引言汽車制動(dòng)器試驗(yàn)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱試驗(yàn)機(jī)是一種綜合性試驗(yàn)設(shè)備,主要用于轎車及輕型汽車的盤式 (或鼓式制動(dòng)器及摩擦襯片的性能測(cè)試。不同類型 的制動(dòng)器,測(cè)試項(xiàng)目也不同。試驗(yàn)機(jī)主要需進(jìn)行的 試驗(yàn)有:制動(dòng)器的制動(dòng)性能試驗(yàn)、手剎車性能試驗(yàn)、 靜扭矩試驗(yàn)、恒壓 /恒扭矩性能試驗(yàn)、浸水性能試驗(yàn) 等。一般需根據(jù)對(duì)制動(dòng)器的性能要求,選擇不同的 測(cè)試項(xiàng)目,因此,試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)必須具有較高的 通用性、可靠性和靈活性。本文研究的試驗(yàn)機(jī)具有 較好的通用性,能完成目前世界上大多數(shù)汽車制造 商采用 C406和 T564標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行

5、的性能測(cè)試。PLC (programmable logic controller, 即可編程邏 輯控制器是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī),它具有豐富的輸入、輸出接口,可控能力強(qiáng)。但 可編程邏輯控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用, 在實(shí)際應(yīng)用時(shí),其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配 置,其控制程序需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。本 文基于 PLC 對(duì)試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),探索可 使試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、性能更通用可靠、控制更簡(jiǎn) 便的設(shè)計(jì)方法。1控制系統(tǒng)理論模型及控制策略1.1控制系統(tǒng)模型制動(dòng)器試驗(yàn)機(jī)由主機(jī)、輔機(jī)和調(diào)速系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。主機(jī)主要由滑臺(tái)系統(tǒng)、液 壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、排塵冷卻系統(tǒng)

6、、主電機(jī)及傳動(dòng) 系統(tǒng)等組成。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前必須分析試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)控第 3期 77制系統(tǒng)的基本流程及要求,建立控制系統(tǒng)模型圖,如 圖 1所示。 1.2控制策略本系統(tǒng)硬件主要由上位計(jì)算機(jī)、 PLC 控制系統(tǒng)、 控制面板開關(guān)、各種傳感器和各執(zhí)行單元組成。上 位機(jī)對(duì) PLC 進(jìn)行監(jiān)控編程,并將 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字 控制量作為自動(dòng)信號(hào)輸入給 PLC 。 PLC 的控制過程 為:手動(dòng)信號(hào)(直接由控制面板輸入或自動(dòng)信號(hào) (由上位機(jī)發(fā)出,即將傳感器采集的壓力、溫度、扭 矩值等各種模擬信號(hào)的當(dāng)前值與系統(tǒng)給定值進(jìn)行比 較,若滿足設(shè)定條件則為“真” ,否則為“假” 輸 入到對(duì)應(yīng)端口, PLC 根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算,將

7、 結(jié)果輸送到各輸出端口,控制執(zhí)行單元接觸器或繼 電器的通斷,從而控制各執(zhí)行系統(tǒng)的啟停。同時(shí),各 執(zhí)行系統(tǒng)的傳感器向 PLC 發(fā)送反饋信息, 以實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)各執(zhí)行系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)控制。本文中的 PLC 可控 制液壓系統(tǒng)、滑臺(tái)系統(tǒng)、主電機(jī)、氣動(dòng)系統(tǒng)、排塵 冷卻系統(tǒng)的啟停。即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求,啟動(dòng) 1個(gè)或多個(gè) 執(zhí)行系統(tǒng),從而完成主電機(jī)啟停及正反轉(zhuǎn),即控制 液壓站、水泵站、風(fēng)機(jī)、空調(diào)啟停,進(jìn)行恒壓壓力、 伺服扭矩壓力選擇,完成慣性制動(dòng)、手剎車、靜力 矩加載和卸載等功能動(dòng)作。為使試驗(yàn)機(jī)更安全可靠,當(dāng)遇到緊急情況時(shí),除 程序控制自動(dòng)停止外,還可由硬件制動(dòng)停止,這時(shí) 可按下身邊最近的任一急停按鈕,使主軸停止旋

8、轉(zhuǎn), 同時(shí)整體控制電路全部被切斷。試驗(yàn)機(jī)所有控制系 統(tǒng)失電進(jìn)入保護(hù)狀態(tài),做到軟硬件雙保險(xiǎn)。2PLC 在控制系統(tǒng)中功能設(shè)計(jì)2.1PLC 在控制系統(tǒng)中的基本功能根據(jù)用戶的不同需求,編制不同程序,當(dāng)控制功能作少許改動(dòng)時(shí),只需修改應(yīng)用程序即可,無需變 換實(shí)際接線。本文控制系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單明了,控制邏 輯清楚,易于實(shí)現(xiàn)故障的排查,方便快速地適應(yīng)不同型號(hào)制動(dòng)器的試驗(yàn),且故障率有較大降低。PLC 根據(jù)控制面板輸入信號(hào)或反饋信號(hào)執(zhí)行以 下控制。 1手動(dòng) /自動(dòng)狀態(tài)下,控制液壓站啟停; 2 運(yùn)行停止控制; 3排塵風(fēng)機(jī)啟停; 4空調(diào)啟停; 5 制動(dòng)控制; 6手剎車控制; 7靜扭加載 /卸載控制; 8恒壓 /恒矩控制;

9、 9卸荷控制; 10浸水控制; 11反轉(zhuǎn)控制; 12主電機(jī)停止控制; 13報(bào)警控制 等主要控制功能。 2.2各主要控制功能的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)各主要控制功能的邏輯關(guān)系要求:1手動(dòng)和自 動(dòng)狀態(tài)互鎖; 2在各力學(xué)試驗(yàn)之前,要先啟動(dòng)液壓站; 3為保護(hù)空調(diào)設(shè)備,排塵風(fēng)機(jī)要先于空調(diào)啟動(dòng); 4恒壓 /恒矩、浸水、反轉(zhuǎn)控制試驗(yàn)只有在自動(dòng)狀 態(tài)下才能進(jìn)行; 5主電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)能自動(dòng) 停機(jī)并報(bào)警; 6試驗(yàn)機(jī)的硬件出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)應(yīng) 立即停機(jī)并報(bào)警提示。根據(jù)這些要求對(duì)控制系統(tǒng)邏 輯關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)。3PLC 梯形圖編程3.1PLC 機(jī)型的選擇及 I/O通道的確定PLC 機(jī)型的選擇和 I/O點(diǎn)數(shù)的確定,在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中

10、很重要,考慮的因素很多 1-3。本文控制系統(tǒng) 的 I/O主要通道分配見表 1。圖 1控制系統(tǒng)模型圖 Fig. 1The control system model diagram表 1I/O主要通道分配表Table 1The table of I/O main channel allocation王 莉,等 基于 PLC 的汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)782011年湖 南 工 業(yè) 大 學(xué)學(xué)報(bào) 本系統(tǒng)主要考慮:完成試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)控制,報(bào)警信 息的判斷與顯示等快速響應(yīng),輸入輸出方式及負(fù)載 能力,所要用到的端口數(shù)量,用戶程序存儲(chǔ)器的容 量,生產(chǎn)廠家習(xí)慣和常用型號(hào)等。綜合多種因素,本 系統(tǒng)決定采用歐姆龍

11、 CPM2AH-60CDR 型 PLC ,輸入 36點(diǎn),輸出 24點(diǎn),它具有高速掃描和中斷的高速處 理、高速計(jì)數(shù)功能。能較好地滿足快速響應(yīng)的系統(tǒng) 性能要求,保證系統(tǒng)可靠、安全、經(jīng)濟(jì)及編程和調(diào) 試維護(hù)方便。3.2硬件及 PLC 梯形圖設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)主要確定上位機(jī)與 PLC 的聯(lián)接和操作 控制箱內(nèi)輸入輸出信號(hào)端口與 PLC 的連接,并設(shè)計(jì) 外圍輔助電路及操作控制箱 3-4。采用 DC 24 V電源為 輸入設(shè)備提供電源。按設(shè)計(jì)要求,聯(lián)接各線路。PLC 梯形圖設(shè)計(jì)是根據(jù) PLC 掃描工作方式的特 點(diǎn),按照試驗(yàn)機(jī)控制流程及各步動(dòng)作的邏輯關(guān)系,合 理劃分程序模塊 1,4-5。本系統(tǒng) PLC 控制程序,采用經(jīng)

12、 驗(yàn)設(shè)計(jì)法。試驗(yàn)機(jī)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后,各項(xiàng)測(cè)試功能運(yùn) 行良好,達(dá)到自動(dòng)控制的要求,說明程序編制正確。 以制動(dòng)動(dòng)作控制為例,圖 2是其控制部分梯形圖。從 程序中可看出,首先必須在液壓站正常工作時(shí),制 動(dòng)測(cè)試才能執(zhí)行,否則,無論自動(dòng)或手動(dòng)狀態(tài)下,制 動(dòng)測(cè)試指令都不執(zhí)行。 4系統(tǒng)調(diào)試控制程序編制完成后,應(yīng)先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行無荷載模擬調(diào)試,主要測(cè)試輸入輸出邏輯信號(hào)狀態(tài)是否 正確,檢驗(yàn)程序的準(zhǔn)確性,然后才能進(jìn)行實(shí)機(jī)逐步 調(diào)試,直至整個(gè)控制過程滿足設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)調(diào)試的內(nèi)容較多,下面以自動(dòng)狀態(tài)下的制動(dòng)調(diào)試為例,說 明系統(tǒng)的調(diào)試過程。準(zhǔn)備:液壓站啟動(dòng)。撥動(dòng)開關(guān) 0.03 ON與運(yùn)行 /停止開關(guān) 0.10 ON 10.0

13、4 ON 10.04 ON與自動(dòng)液壓 站輸入信號(hào) 0.08 ON液壓站置位 6.00 ON液壓站 12.04 ON 。自動(dòng)制動(dòng)調(diào)試信號(hào) 1.05 ON 與 10.04 ON 制動(dòng)置 位 7.03 ON 與液壓站 12.04 ON制動(dòng)輸出 10.05 ON。 此時(shí)制動(dòng)試驗(yàn)開始,達(dá)到自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)要求。5結(jié)語PLC 控制技術(shù)運(yùn)用于汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng),它取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制,使 控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和性能上得到較大優(yōu)化,故障率有 了較大降低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, PLC 與上位計(jì)算 機(jī)信息控制技術(shù)、傳感器技術(shù)綜合應(yīng)用,將使汽車 臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用性能更優(yōu)化,操作更加簡(jiǎn)便、安 全、可靠。

14、具有較大實(shí)用價(jià)值。 參考文獻(xiàn):1吳浩俊, 林澄淵, 徐 毅 . 船舶輔鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng) PLC應(yīng)用技術(shù) J. 船電技術(shù), 2002(4:35-38.Wu Haojun, Lin Chengyuan, Xu Yi. Application of PLCin Control of Boiler in ShipJ. Marine Electric & ElectronicEngineering , 2002(4:35-38.2夏 田,陳嬋娟,祁廣利 . PLC電氣控制技術(shù):CPM1ASystem and S7-200M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2008:20-100.Xia Tian, C

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