0嚎衡、前言</P><P>    可編程控制器（PLC）由于其運算速度高猖生、指令豐富、功能強大唆皇、可靠性高梨浑、抗干擾性強而廣泛應用于各種工業(yè)控制部分，在智能現(xiàn)場控制系統(tǒng)中吨肆，選用PLC作為控制器是十分有效的迂儡。本文以汽車傳動軸防塵罩的檢測為背景，著重討論一種基于PLC控制的模擬汽車傳動軸防塵罩實際運行環(huán)境的高低溫試驗箱控制系統(tǒng)的研制劳仿。</P><P>    汽車傳動軸防塵罩的作用是防止灰塵杰打、雜質等進入前輪傳動軸的連接處，同時也防止高溫潤滑油從中溢出甜海。根據(jù)有關規(guī)定搁鞭，本系統(tǒng)要求防塵罩在2500轉/分下保持其優(yōu)秀的斷裂延展特性，在－60～150℃下饵来，能通過1～6千萬次循環(huán)試驗恢恼。在此情況下，我們受委托對汽車傳動軸防塵罩高低溫試驗箱進行改造胰默，以工控機為人機接口场斑，采用PLC程序控制系統(tǒng)。</P><P>    1初坠、系統(tǒng)功能分析</P><P>    傳動軸防塵罩溫度試驗的基本要求是：在規(guī)定的溫度下，以一定的轉速運行一定的時間彭雾。交替設定溫度碟刺、轉速及時間（最多為4組）循環(huán)一定次數(shù)構成一個測試階段。測試過程最多可設4個階段薯酝，每個測試階段的循環(huán)次數(shù)由測試員現(xiàn)場設定半沽。實驗中主要控制量有試驗箱內(nèi)溫度（-60～150℃）、傳動軸轉速（0～1500rpm）吴菠、固定角及滑動角角度者填、測試時間（1～60000分）及階段循環(huán)次數(shù)浩村。測試過程要求調(diào)整固定角及滑動角的角度、啟動溫度控制系統(tǒng)使溫度逐步達到設定值占哟、使傳動軸在設定的轉速下運行規(guī)定的時間⌒氖現(xiàn)場設定不同的條件交替測試，循環(huán)一定周期谴童。</P><P>    根據(jù)測試要求辖京，系統(tǒng)應具有手動，自動操作功能整雷。手動操作時克干，操作人員可以直接控制電機、壓縮機珠焦、加熱器等設備的啟停讽噪，進行設備維修，調(diào)試和試驗等股背；自動操作時渠吮，測試裝置自動完成整個測試過程。另外往蝉，控制系統(tǒng)還應具有完善的保護功能以保護人員及設備安全稻猜。任何時候都可以強行停止測試。若測試過程因故障原因終止堡扣，需要記錄故障原因及測試進展狀況坦康。</P><P>    2、控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)</P><P>    2.1 控制系統(tǒng)硬件結構設計</P><P>    本系統(tǒng)人機界面部分采用臺灣研華公司生產(chǎn)的奔騰機诡延，軟件部分采用Delphi編程滞欠，在系統(tǒng)中協(xié)調(diào)控制，打印輸出肆良，過程值顯示筛璧，控制核心部件為OMROM的可編程控制器，它負責各控制系統(tǒng)所需要的各種邏輯控制和運算惹恃。被控對象有變頻調(diào)速系統(tǒng)和溫度系統(tǒng)夭谤。變頻調(diào)速由日本安川公司生產(chǎn)的變頻器驅動傳動軸電機，使傳動軸保持一定的轉速巫糙。溫度控制系統(tǒng)是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)朗儒，溫度測量元件為鉑電阻，由PLC控制電加熱器及壓縮機参淹，實現(xiàn)加熱或制冷醉锄。加熱系統(tǒng)由三個電加熱管組成，制冷系統(tǒng)由兩級壓縮機組成浙值，其通斷由PLC控制恳不。</P><P>    為實現(xiàn)檢測控制要求褥辰，本系統(tǒng)采用日本立石(OMRON)公司CPM2A-40CDR-A的PLC作為主控單元。其輸入點數(shù)為24點麸河，輸出點數(shù)為16點力邻。該PLC具有體積小，重量輕评贫，運行可靠殊划，保護方便等特點。系統(tǒng)除了基本的開關量的輸入/輸出外枕调，還配有模擬量的輸入/輸出擴展單元登徐。模擬量輸入單元用于接收Pt100熱電阻溫度信號，模擬量輸出單元控制變頻器輸出頻率堪锌，實時檢測全部模擬信號哟笨，進行工程量轉換，并與設定的上下值比較肺疾，開關量單元用于控制電機的啟停母逸，故障的報警等。 PLC的I/O分配和功能如圖1所示届慈。</P><P> <BR>圖1 I/0分配與功能圖</P><P>    2.2 變頻器控制系統(tǒng)</P><P>    本系統(tǒng)的傳動軸轉速由變頻器控制徒溪。控制部分主要由PLC金顿、變頻器臊泌、光電接近開關組成。傳動軸旋轉部分采用日本SANKEN公司IF－7.5K變頻器驅動變頻電機揍拆。采用轉速閉環(huán)矢量控制渠概，調(diào)速范圍0～2500r/min,調(diào)速精度<0.02%。PLC通過模擬量輸出單元將0～6000的數(shù)字量信號轉換成4～20mA電流信號給變頻器作為頻率輸出設定嫂拴。傳動軸實際轉速反饋信號由PG光電接近開關檢測輸出播揪，其輸出脈沖經(jīng)PLC計算作為電機的速度負反饋信號。</P><P>    根據(jù)生產(chǎn)工藝對系統(tǒng)運行時穩(wěn)態(tài)精度及跟隨能力的要求筒狠，變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器設定為比例積分調(diào)節(jié)方式猪狈，由PLC的速度給定值與由脈沖編碼器檢測的現(xiàn)場速度反饋值比較后，得到速度偏差辩恼，經(jīng)比例積分控制器處理后雇庙，輸出的二次電流信號作為頻率輸出，送矢量控制系統(tǒng)迄咸，控制電機運行茶踪。恒功率的分界點以及它們的頻率范圍內(nèi)的P.I值杉源，由現(xiàn)場負荷調(diào)試確定屿钥，已達到最佳運行效果教叽。</P><P>    因為轉角電機的頻繁快速啟停，制動時經(jīng)常會產(chǎn)生很高的泵升電壓坎市，因所選變頻器為交-直－交電壓源時，泵開電壓不能回饋電網(wǎng)，故采用制動單元并配以電阻加以吸收柱涕。當變頻器直流電路升高到一定值（660VDC）時挨狡，制動單元中的IGBT管被觸發(fā)導通，接通制動電阻回路毒奇，將轉角電機的回饋電能消耗在制動電阻上蔑辽，以滿足快速停止的要求。</P><P>    2.3 溫度控制系統(tǒng)</P><P>    試驗箱內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)范圍為－60℃～150℃沥葛，具體值由操作員現(xiàn)場設定触尚。系統(tǒng)加熱時采用三個晶閘管控制的電加熱管，合上主回路的操作開關齿穗，整個加熱裝置開始運行傲隶，未達到設定溫度時，固態(tài)繼電器SSR1吸合窃页，1號加管加熱跺株，系統(tǒng)逐級開啟2號，3號加熱管脖卖。達到設定溫度時乒省，進入保溫階段，采用控制3號胚嘲，2號加熱器的輸出通斷來調(diào)功調(diào)溫作儿。使用控制箱風機來保證溫度均勻變化。如果箱內(nèi)溫度達到高溫界限馋劈，系統(tǒng)將會報警攻锰。 </P><P>    單級蒸汽壓縮制冷所能達到的蒸發(fā)主要取決于冷凝溫度及壓力比，對于氟利昂制冷劑妓雾，一般壓力不超過10娶吞，這樣采用單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)，一般只能制取-20～-40℃的低溫因此采用單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)將無法滿足本系統(tǒng)制取-60℃低溫的要求屁坛，在此情況下肖糖，決定采用兩臺低溫壓縮機組成的復疊式制冷系統(tǒng)，兩級復疊制冷系統(tǒng)將第一級蒸發(fā)器與第二級冷凝器復疊在一起宽缎，使第二級低溫制冷劑在－35℃左右冷凝睹蜈，在－80℃左右蒸發(fā)，以獲得系統(tǒng)所需要的低溫。</P><P> <BR>圖2 溫度控制系統(tǒng)電路圖</P><P>    3牲课、PLC控制系統(tǒng)的軟件設計</P><P>    為了方便調(diào)試和編程贩仇，整個軟件系統(tǒng)采用模塊化編程，主要由手動運行模塊女灸，自動運行模塊和故障診斷和報警模塊切役。在軟件編制時，采用了一些抗干擾措施但雨，增強了整個系統(tǒng)的抗干擾能力蕉妇，在計算機上可以實現(xiàn)實時操作，控制并觀察現(xiàn)場各設備的運行情況螺谅。</P><P>    當系統(tǒng)處于手動運行時腹忽，PLC接收各設備狀態(tài)，由此判斷各設備的運行狀態(tài)砚作，可單獨運轉變頻電機留凭、加熱器、制冷系統(tǒng)的壓縮機偎巢。便于系統(tǒng)的調(diào)試和維修蔼夜。</P><P>    系統(tǒng)自動運行時，只須按照計算機屏幕提示压昼，設置操作參數(shù)求冷，，試驗即完全自動進行下去窍霞，并在計算機屏幕上實時顯示各設備參數(shù)匠题。試驗過程中或試驗結束后，均可按照提示選擇打印方式打印但金。以下重點介紹溫度控制子程序韭山。</P><P>    由于系統(tǒng)采用三套晶閘管控制的電加熱器。常用的控制方式有兩種：一種是分段開關控制冷溃，根據(jù)溫度的高低腻危，逐級開啟或關閉加熱器。這種方法溫度偏差大碰素，精度較低雇法。另一種是PWM脈寬調(diào)制，在PLC中實現(xiàn)PWM程序比較復雜媒邀∈燃回路中的電加熱器為滿足溫度恒定的需要，經(jīng)常切換工作狀態(tài)滴推，而常規(guī)的電磁繼電器開關觸電易磨損熄自，壽命短驻碟。所以對第一種方法進行改進。</P><P>    由于系統(tǒng)是二階系統(tǒng)专菠，在系統(tǒng)溫度下降時晋丑，增加加熱管，溫度由于慣性的原因药封，溫度繼續(xù)下降一段時間后再上升，同樣減少加熱管侯选，溫度會上升一段時間后再下降吠谢。我們將前后兩次測量值進行比較，得到溫度偏差e诗茎，系統(tǒng)根據(jù)e來控制加熱器的狀態(tài)轉換工坊。當e較大時，此時通過逐級打開加熱器來調(diào)整溫度敢订。</P><P>    啟停切換順序為：啟動順序：1＃ 2＃ 3＃王污；停止順序：3＃ 2＃ 1＃；溫度的變化值e: e=Ti－Ti－1楚午。其中Ti ,Ti－1分別是本次溫度采樣值與前次溫度采樣值昭齐，并記試驗箱溫度允許上限為HSP，允許下線為LSP矾柜。PV為溫度測量值阱驾。考慮到前后兩個采樣周期的變化溫度e變化不大怪蔑。當當前溫度值PV＋前一個周期變化溫度值e﹥溫度設定上限HSP時里覆，就減少加熱管。反之缆瓣，當PV+e﹤LSP時哮瓦，就增加電加熱管。程序框圖如圖3所示啼厌。</P><P> <BR>圖3 溫度控制流程圖</P><P>    電氣系統(tǒng)已設計了各種保護岛盗，并直接作用至斷電，其中包括：缺相保護终于、過載保護牺鱼、旁路保護。 其中變頻器具有短路特血、過載等保護功能跪晕，當變頻器所驅動的電機發(fā)生短路、過載等故障時猜著，變頻器將自動切斷一次供電回路啄崖，進入保護狀態(tài)并輸出報警信號笙吠，系統(tǒng)把各故障點相應的接觸器、短路器等元件的輔助觸電接到PLC垄暗，PLC掃描輸入這些觸電的狀態(tài)轴座，并通過PLC程序將這些狀態(tài)存放在數(shù)據(jù)存儲區(qū)，再結合控制程序和設備預置狀態(tài)進行邏輯分析简烘，判斷設備或元件是否出了問題苔严。</P><P>    4、結束語</P><P>    可編程控制器（PLC）控制的汽車傳動軸防塵罩高低溫試驗箱可以控制傳動軸轉動速度孤澎、調(diào)整其運行環(huán)境溫度届氢、實時監(jiān)測試驗箱內(nèi)各種變量狀態(tài)、靈活處理數(shù)據(jù)的通信覆旭，并將數(shù)據(jù)實時顯示在計算機上退子，而且可以將所得的數(shù)據(jù)進行存儲打印輸出，以便后查型将。大大提高了系統(tǒng)的效率寂祥。<BR>

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