輪胎均勻性檢測(cè)設(shè)備測(cè)控軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉　欣

(北京貝特里戴瑞科技發(fā)展有限公司，北京 100024)

輪胎均勻性檢測(cè)設(shè)備測(cè)控軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用

Design and application of measurement and control software for tire uniformity testing equipment

劉欣

(北京貝特里戴瑞科技發(fā)展有限公司，北京 100024)

介紹了由貝戴科技公司自主開發(fā)的輪胎均勻性設(shè)備測(cè)控軟件的相關(guān)功能、基本架構(gòu)以及由我公司提出的一種均勻性檢測(cè)的算法原理。

均勻性；測(cè)控軟件；上位機(jī)；算法；AKRON；組件技術(shù)；OPCServer

1　項(xiàng)目背景

輪胎均勻性實(shí)際上就是模擬輪胎在公路上旋轉(zhuǎn)的真實(shí)狀態(tài)下對(duì)輪胎的徑向力波動(dòng)、側(cè)向力波動(dòng)、錐力以及角度效應(yīng)等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，從測(cè)量結(jié)果可以直接反映輪胎的性能品質(zhì)。

國內(nèi)輪胎廠中的輪胎均勻性檢測(cè)設(shè)備多數(shù)為AKRON（美國），以及日本神鋼的設(shè)備，我公司在一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)接到了一個(gè)對(duì)AKRON均勻性檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行改造的項(xiàng)目，主要是針對(duì)這臺(tái)AKRON均勻性檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行電控系統(tǒng)及測(cè)控軟件替換，給AKRON的均勻性檢測(cè)設(shè)備換上“中國芯”，同時(shí)也對(duì)我們自主研發(fā)均勻性檢測(cè)設(shè)備提供了不少的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2　均勻性檢測(cè)設(shè)備測(cè)控軟件系統(tǒng)概述

一個(gè)檢測(cè)設(shè)備的軟件系統(tǒng)需要把數(shù)據(jù)采集與運(yùn)算、邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制以及人機(jī)界面這四部分有效的結(jié)合在一起。

均勻性檢測(cè)設(shè)備測(cè)控軟件采用了VS2008作為開發(fā)環(huán)境，OPCServer作為測(cè)控軟件與PLC通訊基礎(chǔ)，采用ADO.NET開發(fā)數(shù)據(jù)庫，并且應(yīng)用的全新的面向組件的軟件開發(fā)模式來進(jìn)行軟件開發(fā)，極大縮短了開發(fā)周期，提高了代碼的可移植性。

3　均勻性檢測(cè)設(shè)備測(cè)控軟件架構(gòu)

軟件主要由五部分組成。

3.1人機(jī)界面及用戶邏輯（主程序）包含三部分功能：（1）標(biāo)定程序

均勻性檢測(cè)設(shè)備的傳感器標(biāo)定需要標(biāo)定徑向和側(cè)向兩個(gè)方向，標(biāo)定采用靜態(tài)標(biāo)定的方式用6個(gè)砝碼（每個(gè)砝碼10 kg）依次加載到負(fù)荷輪上的方式來標(biāo)定傳感器的靈敏度和初始偏移，圖1為軟件中的傳感器標(biāo)定界面。

圖1　傳感器標(biāo)定界面

（2）波形圖顯示

軟件可以顯示傳感器采集的負(fù)荷輪正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)原始波形及濾波后的波形。

（3）檢測(cè)結(jié)果顯示及打印

3.2算法（組件）

3.2.1濾波算法

由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在很多高頻信噪干擾，所以傳感器采集到的原始信號(hào)數(shù)據(jù)不能直接進(jìn)行輪胎均勻性計(jì)算，必須先經(jīng)過一定的處理，去掉高頻干擾后才能用來計(jì)算輪胎均勻性，所以對(duì)于傳感器采集信號(hào)我們經(jīng)過長(zhǎng)期觀察，發(fā)現(xiàn)采用雙線性變換法進(jìn)行數(shù)字濾波，濾波后效果極好，濾波前后效果如圖2所示。

圖2　濾波前后波形對(duì)比圖

3.2.2輪胎均勻性計(jì)算方法

輪胎均勻性實(shí)際上就是模擬輪胎在公路上旋轉(zhuǎn)的真實(shí)狀態(tài)下對(duì)輪胎的徑向力波動(dòng)、側(cè)向力波動(dòng)、錐力以及角度效應(yīng)等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，從測(cè)量結(jié)果可以直接反映輪胎的性能品質(zhì)。

均勻性的測(cè)試原理是：輪胎充氣旋轉(zhuǎn)后，負(fù)荷輪向輪胎加載，直至指定負(fù)荷，此時(shí)，傳感器開始采集輪胎正轉(zhuǎn)信號(hào)，采集運(yùn)算完成后主軸反轉(zhuǎn)，達(dá)到指定轉(zhuǎn)速后，負(fù)荷輪開始采集輪胎反轉(zhuǎn)信號(hào)，正反轉(zhuǎn)信號(hào)采集完成后計(jì)算輪胎均勻性參數(shù)。輪胎均勻性參數(shù)包括：正轉(zhuǎn)徑向力、正轉(zhuǎn)徑向力波動(dòng)、正轉(zhuǎn)徑向力一次諧波、正轉(zhuǎn)側(cè)向力、正轉(zhuǎn)側(cè)向力波動(dòng)、正轉(zhuǎn)側(cè)向力一次諧波、反轉(zhuǎn)徑向力、反轉(zhuǎn)徑向力波動(dòng)、反轉(zhuǎn)徑向力一次諧波、反轉(zhuǎn)側(cè)向力、反轉(zhuǎn)側(cè)向力波動(dòng)、反轉(zhuǎn)側(cè)向力一次諧波、錐度以及角度，這14個(gè)參數(shù)。

下面講述這14個(gè)參數(shù)的計(jì)算方法。

正轉(zhuǎn)徑向力：

若a(n)為正轉(zhuǎn)傳感器徑向信號(hào)，那么正轉(zhuǎn)徑向力=(a(0)+a(1)+……a(n-1))/n；

正轉(zhuǎn)徑向力波動(dòng)：

若a(n)為正轉(zhuǎn)傳感器徑向信號(hào)，那么求出a(n)中的最大元素和最小元素max和min正轉(zhuǎn)徑向力波動(dòng)=max-min；

正轉(zhuǎn)徑向力一次諧波：

若a(n)為正轉(zhuǎn)傳感器徑向信號(hào)，那么對(duì)a(n)做快速傅里葉變換，求出正轉(zhuǎn)徑向力一次諧波；

正轉(zhuǎn)側(cè)向力：

若b(n)為正轉(zhuǎn)傳感器側(cè)向信號(hào)，那么正轉(zhuǎn)徑向力=(b(0)+b(1)+……b(n-1))/n；

正轉(zhuǎn)側(cè)向力波動(dòng)：

若b(n)為正轉(zhuǎn)傳感器側(cè)向信號(hào)，那么求出b(n)中的最大元素和最小元素max和min正轉(zhuǎn)徑向力波動(dòng)=max-min；

正轉(zhuǎn)側(cè)向力一次諧波：

若b(n)為正轉(zhuǎn)傳感器側(cè)向信號(hào)，那么對(duì)b(n)做快速傅里葉變換，求出正轉(zhuǎn)徑向力一次諧波；

反轉(zhuǎn)徑向力：

若c(n)為正轉(zhuǎn)傳感器徑向信號(hào)，那么正轉(zhuǎn)徑向力=(c(0)+c(1)+……c(n-1))/n；

反轉(zhuǎn)徑向力波動(dòng)：

若c(n)為正轉(zhuǎn)傳感器徑向信號(hào)，那么求出c(n)中的最大元素和最小元素max和min正轉(zhuǎn)徑向力波動(dòng)=max-min；

反轉(zhuǎn)徑向力一次諧波：

若c(n)為正轉(zhuǎn)傳感器徑向信號(hào)，那么對(duì)c(n)做快速傅里葉變換，求出正轉(zhuǎn)徑向力一次諧波；

反轉(zhuǎn)側(cè)向力：

若d(n)為正轉(zhuǎn)傳感器側(cè)向信號(hào)，那么正轉(zhuǎn)徑向力=(d(0)+d(1)+……d(n-1))/n；

反轉(zhuǎn)側(cè)向力波動(dòng)：

若d(n)為正轉(zhuǎn)傳感器側(cè)向信號(hào)，那么求出d(n)中的最大元素和最小元素max和min正轉(zhuǎn)徑向力波動(dòng)=max-min；

反轉(zhuǎn)側(cè)向力一次諧波：

若d(n)為正轉(zhuǎn)傳感器側(cè)向信號(hào)，那么對(duì)d(n)做快速傅里葉變換，求出正轉(zhuǎn)徑向力一次諧波；

錐度：

錐度=(正轉(zhuǎn)側(cè)向力+反轉(zhuǎn)側(cè)向力)/2；

角度：

角度=(正轉(zhuǎn)側(cè)向力-反轉(zhuǎn)側(cè)向力)/2；

3.3壓力傳感器數(shù)據(jù)采集模塊（組件）

（1）內(nèi)觸發(fā)采集傳感器信號(hào)

內(nèi)觸發(fā)是指由軟件內(nèi)的開始采集按鈕觸發(fā)傳感器令其開始采集信號(hào)。

（2）外觸發(fā)采集傳感器信號(hào)

外觸發(fā)是由光電開關(guān)觸發(fā)傳感器令其開始采集信號(hào)。

3.4PLC通訊模塊（組件）

PLC通訊模塊的作用是測(cè)控軟件與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換構(gòu)架方式如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)交換構(gòu)架方式示意圖

PLC通訊組件提供的基本功能有：

（1）掃描PLC狀態(tài)

可以通過掃描PLC狀態(tài)來得知設(shè)備現(xiàn)階段處于什么狀態(tài)，什么模式。

（2）輸出PC狀態(tài)

可以通過輸出PC狀態(tài)告訴PLC，PC現(xiàn)階段的狀態(tài)和模式。

（3）手動(dòng)操作設(shè)備

可以通過軟件內(nèi)的手動(dòng)操作按鈕操作設(shè)備單步動(dòng)作。

3.5數(shù)據(jù)庫控制模塊（組件）

3.5.1輪胎規(guī)格參數(shù)表

添加/修改/刪除/檢索/導(dǎo)入/導(dǎo)出數(shù)據(jù)，如圖4。

3.5.2測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

添加/刪除/檢索/導(dǎo)出/打印/數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如圖5。

圖4　輪胎規(guī)格參數(shù)表

4　相關(guān)性及重現(xiàn)性數(shù)據(jù)對(duì)比

圖5　測(cè)量結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)表

在設(shè)備改造完成后，我們進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)對(duì)比測(cè)試，現(xiàn)列舉其中一組（同一條輪胎的7次重復(fù)性及相關(guān)性試驗(yàn)）如表1所示。

表1　改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

在表1中可以看出，改造過的均勻性檢測(cè)設(shè)備與AKRON原廠的均勻性檢測(cè)設(shè)備相關(guān)性極強(qiáng)，并且某幾項(xiàng)參數(shù)的自身重現(xiàn)性也已超過AKRON原廠的均勻性檢測(cè)設(shè)備。我們的客戶也給與了肯定。

5　結(jié)束語

均勻性檢測(cè)設(shè)備的測(cè)控軟件是整個(gè)均勻性檢測(cè)設(shè)備的大腦與中樞，通過對(duì)AKRON均勻性檢測(cè)設(shè)備改造的成功，我們向自主研發(fā)輪胎均勻性檢測(cè)設(shè)備又邁進(jìn)了堅(jiān)實(shí)的一步。

（XS-02）

TQ330.493

1009-797X(2015)05-0030-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.05.006

劉欣（1983－），男，畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)，主要從事輪胎檢測(cè)設(shè)備的控制系統(tǒng)和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)工作。

2014-04-11