基于PLC的電渦流緩速器試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)

楊龍

摘 要：本文主要介紹了PLC 在電渦流緩速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)，以西門(mén)子SMART200為控制核心，再加上變頻器對(duì)速度和力矩的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制和數(shù)據(jù)的采集。

關(guān)鍵詞：西門(mén)子；SMART200 電渦流；緩速器

一、引言

隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)安全也越來(lái)越重視，汽車(chē)輔助制動(dòng)設(shè)備也日益增多，電渦流緩速器也是其中的一種。電渦流緩速器利用電磁原理來(lái)降低行駛中車(chē)輛的車(chē)速。由于其減速是非接觸式的，可使車(chē)輛在減速過(guò)程中比較平穩(wěn)，這不僅可以大大的提高車(chē)輛的安全性，還可以減少制動(dòng)蹄片等機(jī)械損耗。近些年，越來(lái)越多的大型客車(chē)和貨車(chē)制造廠把電渦流緩速器作為高檔產(chǎn)品的標(biāo)配，以提高車(chē)輛的安全性。隨著它的應(yīng)用日益廣泛，如何快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)緩速器的工作性能已經(jīng)成為一項(xiàng)非常緊迫的任務(wù)。本文從實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求出發(fā)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。以西門(mén)子SMART200為控制核心，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)兩種模式控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行，對(duì)緩速器的溫度、電流、轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行了有效的測(cè)量。

二、緩速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)構(gòu)及工作過(guò)程

（一）緩速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)系由電機(jī)、離合器、慣性輪、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、緩速器等組成。組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1

（二）緩速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作過(guò)程。試驗(yàn)時(shí)，由電機(jī)作為動(dòng)力源帶動(dòng)傳動(dòng)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。等到傳動(dòng)系轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)離合器將電機(jī)與飛輪脫開(kāi)，飛輪模擬實(shí)際車(chē)輛行駛時(shí)的慣性力，通過(guò)PLC發(fā)出控制指令使緩速器工作。同時(shí)通過(guò)PLC實(shí)時(shí)采集各個(gè)傳感器的輸出值，直到整個(gè)系統(tǒng)停轉(zhuǎn)為止，最后將所有測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到非常直觀的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。電機(jī)的工作模式有轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩2種模式，可在工作前自由切換。在速度模式下，可模擬汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程檢測(cè)緩速器的性能。在轉(zhuǎn)矩模式下，電機(jī)帶著飛輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)緩速器可獲得更多緩速器的工作數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步的反映出緩速器的動(dòng)態(tài)性能。

三、電渦流緩速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制要求

1）試驗(yàn)設(shè)備可以檢測(cè)電渦流緩速器的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩曲線、轉(zhuǎn)矩—溫度、功率—轉(zhuǎn)速等曲線，并把所有數(shù)據(jù)曲線存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）試驗(yàn)設(shè)備的電機(jī)需可在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩模式下自由切換且物理旋鈕、上位機(jī)均可設(shè)定轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩。

3）試驗(yàn)設(shè)備的操作應(yīng)有自動(dòng)執(zhí)行與手動(dòng)單步執(zhí)行兩種模式。

4）試驗(yàn)設(shè)備的上位機(jī)與觸摸屏可以實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，且均可控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

5）緩速器應(yīng)有檔位控制與PWM兩種控制方式。

四、電渦流緩速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整體控制方案確定

緩速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用PLC為控制核心，將扭矩傳感器、溫度傳感器、電流傳感器等檢測(cè)元件與PLC連接，通過(guò)PLC內(nèi)部的運(yùn)行程序的邏輯判斷、運(yùn)算得出實(shí)際數(shù)據(jù)，通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)及觸摸屏通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。上位機(jī)軟件通過(guò)PLC傳來(lái)的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行處理，生成并顯示各類(lèi)曲線，同時(shí)將所有數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。操作模式可分為手動(dòng)、自動(dòng)2種模式，可通過(guò)物理按鈕隨意切換，但都應(yīng)按照工藝流程來(lái)進(jìn)行操作。在手動(dòng)模式下，離合器、電機(jī)、緩速器均可獨(dú)立的開(kāi)啟或關(guān)閉，在自動(dòng)模式下，只需啟動(dòng)電機(jī)，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)完成試驗(yàn)，并檢測(cè)出所有運(yùn)行數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

五、硬件選型

PLC設(shè)備選型時(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。由于該系統(tǒng)需要輸出PWM信號(hào)，有多個(gè)模擬量輸入輸出，同時(shí)需要以太網(wǎng)通訊。西門(mén)子推出的SMART200 ST40，該款PLC自帶24點(diǎn)輸入16點(diǎn)輸出，CPU模塊本體集成以太網(wǎng)接口，在調(diào)試時(shí)可以方便的下載程序、更新PLC固件，可直接組網(wǎng)。另外SMART200 ST40可直接輸出3路PWM信號(hào)、拓展模擬量輸入輸出模塊方便。基于以上特點(diǎn)，選擇S7-200 SMART作為主控制器并與西門(mén)子SMART 700 IE觸摸屏配合使用，另外根據(jù)系統(tǒng)需要，在SMART200的基礎(chǔ)上拓展2個(gè)模擬量輸入模塊、1個(gè)模擬量輸出模塊。