基于PC与PLC的全液压转向器检测台自动化研究.pdf

第 5 期 总 第 1 6 2 期 2 0 1 0年 1 O月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUT0MAT1 0N No． 5 0c t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 0 0 5 0 1 5 8 0 3 基于 P C与 P L C的全液压转 向器检测台 自动化研究 戴文文 ，刘爱博 ，吴 鹏 1 ．江西省公安消防总队鹰潭支 队，江西 鹰潭 3 3 5 0 0 0 ；2 ．华东交通大学，江西 南 昌 3 3 0 0 1 3 摘要 全液压转 向器 具有结构简单、转向轻便灵活、安装布置方便 等诸 多优点 ， 所 以在 转向系统领域得到 了广 泛的应用 。鉴于全液压转向器对整个工程的影响，研制 了全液压转 向器检测台。它以三菱 F X2 N 型 P L C作 为 控制 系统 的核心 ， MC G S工控组态软件作为可视操作界面和 P L C数据 的最终处理 工具。 该检测 系统具有测试 目的性强、测试周 期短的特 点。 关键词 全液压动力转向器 ；检测 台；P L C控制 ；MC GS组 态软件 中图分类号 U4 6 3 ． 4 3 TP 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 全 液压转 向技 术通 常用 于 时速不 大 于 6 0 k m／ h 的 非道路轮式移动车辆的液压操舵 ，目前全液压转向技 术在轮式挖掘机、装载机、压路机、叉车、大中马力 拖拉机以及联合收割机的转向系统中均已得到了广泛 的应用 。 因此 ， 根据 中华人 民共 和 国机械 行业标 准 J B ／ T 5 1 2 0 2 0 0 0 ，研 制测 试新参 数 的全 液压转 向器检 测 台显得尤 为迫切 。 I 全 液压转 向系统 的工作原 理 车辆 行驶过 程 中 ，经常需 要改变 行驶 的方 向 ，这 就需要有一套能够按照司机意志使车辆转向的机构 ， 即转向机构，它将 司机转动方 向盘的动作转变为车轮 的偏转 动作 。 转 向系统 的功用 是操纵 车辆 的行 驶方 向 ， 既要保持 车辆沿 直线行驶 的稳定 性 ，又要保 证车辆转 向的灵 活性 。转 向性 能是保证 车辆安 全 、减 轻驾驶人 员劳动强度和提高作业生产率的重要因素。 全液压转向系统是指在转向柱和转向轮之间没有 机械连接，而是用液压管路将转向器和转向油缸直接 连 接 的转 向装 置 。当方 向盘转 动 的时候 ，转 向器输 出 到转向油缸的流量与方向盘的转速成 比例 ，以此驱动 转向油缸与方向盘转速成 比例地运动 ，转向油缸的另 一 腔油液 通过转 向器直 接 回油 箱 。全 液压转 向系统具 有以下的技术特性 ①系统应用在具有较大轴向载荷 和最高车速为5 0 k m／ h 的车辆和工程机械、农业机械 及船舶的液压转向回路中，可方便地实现重载车辆的 转 向 ，在全 液压转 向器 的帮助下 重载 车辆可 以轻松地 收稿 日期 2 0 1 0 0 1 一 l 9 ；修 回日期 2 0 1 0 0 5 1 8 作者简介 戴文文 1 9 8 6 一 ， 男 ， 江西南昌人 。 助理工程师 ， 本科 。 转弯；②转向器和转向轴之间没有机械反馈连接，此 种设计采用通常的转向方式是不可能实现的。转向器 内部包含有液压转向回路所需的用于保护转向器和转 向缸的安全阀，这样减少了外部管路连接。当转向泵 失效时，可使用转向器作为转 向泵，使车辆实现人力 转 向， 此时转向器作为手动转向泵向转向油缸供油 ， 具 有 应急转 向功 能 。 2 检 测系统 的总体 方 案设计 根据 中华 人 民共 和 国机械 行业标 准 J B ／ T 5 1 2 0 2 0 0 0 ， 全液压动力转向器的型式试验共有 1 3项， 分别 为机械 阻力矩试 验 、动 力转 向性能试 验 、密 封性能试 验 、压力 损失试 验 、内泄漏试 验 、路 感试验 、流量变 化率试验、人力转向容积效率试验、低温试验、高温 试验、耐久试验和外渗漏、噪声、振动试验及温升试 验 后 2项在进行前 1 1 项试验的全过程中进行观察 。 全液压转 向器检测系统的液压回路如图 1 所示。 2 ． 1 检 测 系统的控 制原理 根据实际的检测要求，对于检测系统的整体设计 主要涉及到以下几个单方面 测试方法的确定，传感 器 的选择、 标定、安装及信号的获取 、 调理、变换、分 析和诊 断 ；测试 系统 的静 、动态性能 ，测试 系统 动力 学方面的稳定性与 自动化程度；计算机技术、虚拟测 试技术的运用 ， 系统安全防护和电磁兼容性要求等 。 而 自动化控制主要是利用计算机来实现 的，用于工业生 产过程控制的计算机主要有工业 P C与可编程序控制 器 P I C。本 设计 中 主要 是 采 用 传感 器 进 行信 号 的 采 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 5期 戴文文 ，等 基 于 P C与 P L C的全 液压 转向器检测 台 自动化研 究 1 5 9 集 ， 然后传感器采集的信号经过 A／ D模块的处理后送 人 P I C进行程序控制 ，经程序处理的信号通过 D／ A 模块的转化，将电信号输入给要控制的设备。图 2为 信息检测流程图。 l _ 一变量油泵；2 - - 定量油泵 ；3 、4 、5 溢流 阀； 6 、7 、8 、9 、3 4 压力表 ；1 0 、2 7 、2 8 、2 9 、3 O 一单 向阀 ； l 1 、1 2 一流量计 ；1 3 、l 4 一截流阀 ；1 5 、l 6 、1 7 、1 8 、l 9 一截止阀 2 O 、2 l 、2 2 、3 7 电磁换向阀 ；2 3 一 油箱 ；2 4 油温表 2 5 一扭矩仪 ；2 6 一冷却器 ；3 l 滤 油器 ；3 2 一加热器 ； 3 3 一制冷器 ；3 5 油缸；3 6 一压力继 电器 图 1 全液压转 向器检测 系统的液压回路图 存储 接 显示 口 分析 总 监控 线 判 断 决策 图 2信 思 检 测 流 程 图 被 检测物 理量 经过传 感器转 变成 电信 号 ，经过 传 输 ，送入 到处 理模块 。处 理模块 一般 采用 信号 调理 电 路 ，这里采用的是三菱 F X2 N一4 AD模数转换模块将 传感器采集 的模拟量转换为计算机能够处理的二进制 数据 ，最后通过模块的传输通道送人三菱 P I C，P I C 经过 R S 一2 3 2 C接 口、 Tx D 串行数 据输 出线 和 R x D 串 行数 据输入 线连 接到计 算机 进而 对检测 台进 行检 测显 示 和控 制 。 本系统的主要工作是利用各种传感器检测不同的 物理 量 ，然后 经过 输入模 块 的处理 ，完 成 由模 拟 量到 数字量的转换 ，通过专用的扩展电缆传给 P I C，P I C 再对 输入 的数 据进行 计算 、存 储和 判断继 而进 行相 应 的动 作 。检 测 系统 的总体 框 图如 图 3所示 。 根据全 液 压转 向器 的检测 项 目和检测 方法 以及 液 压系 统 的配 备 ，在 图 1中的 7 、8 、9 对 应 的压力 表通 道口安装压力传感器，同样在 1 1 、1 2 设置相应的流量 传感器 ，将扭矩仪换成相应的扭矩传感器 ，为了控制 油 温在 油箱安 装 了温度 传感 器 。 同时为 了能够 自动控 制液压系统的通路 ，应保证相应的电磁转换 阀、变量 泵与定量泵能够顺序获取相应 的电信号 以执行动作。 图 4为全 液压 检测 台 电气控制 原 理 图 ，图 5为全 液压 检 测 台检 测系 统原 理 图 。 图 3 检测 系统的总体框 图 图 4 全 液 压 检 测 台 电气 控 制原 理 图 图 5 全液压检测台检测系统原理图 2 ． 2 MCGS的控制 方 式 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 O 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 0年第 5 期 在本 设计 系统 中 ，上位 机 P C通过 MC G S组态 软 件设计 的检测系统向下位机 P L C发出操作指令 ， P I C 接收 MC GS系统的操作指令后 ，直接控制总成检测 台。P I C与 P C通过其专用的接 口 R S 2 3 2来连接通 信 。 3 总结 本文研究了基 于 P C与 P I C的全液压转 向器检 测台电气 自动化控制系统 ，重点设计了检测方案 ，该 检测 系 统 主 要用 于全 液 压 转 向器 总成 的质 量 检 验 测 试 ，也 可用于控 制 阀的质量检 验 。 参考 文献 [1 ] 雷 天觉． 液压 工 程 手册 E M] ． 北 京 机 械 工业 出版 社 ， 19 9 O． [ 2 ] 赵燕 ， 周新建． 可编程控制 器原 理及应用 [ M] ． 北京 中 国 林业 出版社 ， 北京大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 汪 志锋． 工 程 组 态软 件 [ M] ． 北京 电 子工 业 出 版社 ， 20 07 ． [ 4 ] 钟肇新， 范建东． 可编程控制器原理及应用 [ M] ． 第 3 版． 广州 华南理工大学 出版 社 ， 2 0 0 3 ． Au t o m a t i c S y s t e m o f Fu l l Hy dr a u l i c St e e r i ng’ S De t e c t i o n De v i c e Ba s e d o n PC a n d PLC DAI W e n we n ，LI U Ai b o 。W U Pe ng 1 Yi n g t a nDe t a c h me n t o f j i a ng x i Pr o v i n c ePu b l i c S e c u r i t yFi r eCo r ps ， Yi n g t a n 3 3 5 0 0 0 ， Ch i n a； 2 ．Ea s t Ch i n a J i a o t o n gUn i v e r s i t y， Na n c h a n g 3 3 0 0 1 3， Chi n a Ab s t r a c t Fu l l h y d r a u l i c s t e e r i n g h a s ma n y b e n e f i t s s u c h a s s i mp l e s t r u c t u r e ， f l e x i b l e s t e e r i n g a b i l i t y，c o n v e n i e n t i n s t a l l a t i o n， t h e r e f o r e i t ha s be e n wi de l y us ed i n t he f i el d o f s t e e r i n g s y s t e ms ． I n v i e w o f f ul l hy dr a u l i c s t e e r i n g ha v i ng gr e a t i n f l ue nc e on t h e wh o l e wo r k， t h i s p a p e r d e v e l o p e d a d e t e c t i o n d e v i c e f o r f u l l h y d r a u l i c s t e e r i n g s y s t e ms ． Th e d e s i g n u s e d t h e PL C o f M i t s u b i s h i FX2 N a s t h e c e nt r e o f t h e c ont r ol s y s t e m a nd t he i ndu s t r i a l c on f i g ur a t i on s of t wa r e o f MCGS t o d e a l wi t h t he da t a of PLC． The d et e c t i ng s y s t e m h as t h e c ha r ac t e r i s t i c s o f s t r ong t e s t pu r p o s e a nd s ho r t t e s t c y c l e． Ke y wor d s f ul l hy dr a u l i c s t e e r i n g s y s t e m ；de t e c t i o n d e vi c e； PLC c on t r o l ； M CGS c onf i g ur a t i o n s o f t wa r e m ’ ’ ， ● ， mm’ mmm， ’ ’ ， l ， l mm， l ’ l l m， l ’ l ， ’ ， mm’ ’ ， m， ， l ’ ’ 上 接第 1 5 7页 图 6带加 减速 的单 向脉冲输出指令 参考文献 [ 1 ] 王玉德 ， 刘景斌 ， 韩翠玲 ， 等． 基于 P L C的步进 电机的驱动 控制[ J ] ． 机 电一体化 ， 2 0 0 8 7 1 2 ． [ 2 ] Mo r r i s s S B r i a n ． 可编程逻辑 控制器 [ M] ． 杨智 ， 王 琅， 朱 海锋 ， 译． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 罗伟， 邓木生． P L C与电气控制 [ M] ． 北京 中国电力 出版 社 ， 2 0 0 9 ． [ 4 3 宋伯 生． P L C编程理论、 算法及技巧 [ M] ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 0 5 ． [ 5 ] 宋伯生． P L C编程实用指南[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 05 ． De s i g n a nd Re a l i z a t i o n o f PLC b a s e d Co nt r o l S y s t e m f o r Cr y s t a l Gr i n di n g M a c h i ne LI U Tao，LI U M a n da n S c h o o l o f I n f o r ma t ion S c i e nc e a n d En g i n e e r i n g，Ea s t Ch i n a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y，S ha n g h a i 2 0 02 3 7，Ch i n a Ab s t r a c t Th e d e s i g n a n d r e a l i z a t i o n o f c r y s t a l g r i n d i n g ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n THI NGET XC3 s e r i e s PL C a n d To u c h W i n ma n ma c h i n e i n t e r f a c e i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ． P r o c e s s i n g p a r a me t e r s c a n b e s e t b y ma n ma c h i n e i n t e r f a c e，i n c l u d i n g p r o c e s s i n g t i m e ， f r e q u e n c y a n d a n g l e p a r a me t e r s ．An g l e p a r a me t e r s c a n b e t r a n s f o r me d t o t h e p u l s e s t h r o u g h o n l i n e c a l c u l a t i o n b y PL C． Th e r e s u l t i s s e n t t o t h e s t e p p e r mo t o r d r i v e r wh i c h ma k e s t h e s t e p p e r mo t o r r u n wi t h t h e s e t p a r a me t e r s ． Ke y w o r d s e r y s t a 1 g r i n d i n g ma c h i n e；P LC；s t e p p e r mo t o r 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m