基于PLC的電渦流緩速器試驗臺控制系統

楊龍

摘 要：本文主要介紹了PLC 在電渦流緩速器實驗臺中的應用與設計，以西門子SMART200為控制核心，再加上變頻器對速度和力矩的調整，實現對實驗臺的控制和數據的采集。

關鍵詞：西門子；SMART200 電渦流；緩速器

一、引言

隨著汽車工業的快速發展，人們對汽車安全也越來越重視，汽車輔助制動設備也日益增多，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降低行駛中車輛的車速。由于其減速是非接觸式的，可使車輛在減速過程中比較平穩，這不僅可以大大的提高車輛的安全性，還可以減少制動蹄片等機械損耗。近些年，越來越多的大型客車和貨車制造廠把電渦流緩速器作為高檔產品的標配，以提高車輛的安全性。隨著它的應用日益廣泛，如何快速、準確的檢測緩速器的工作性能已經成為一項非常緊迫的任務。本文從實驗臺的設計要求出發，對控制系統進行詳細的介紹。以西門子SMART200為控制核心，實現手動自動兩種模式控制實驗臺運行，對緩速器的溫度、電流、轉矩等進行了有效的測量。

二、緩速器實驗臺的機構及工作過程

（一）緩速器實驗臺的結構。傳動系由電機、離合器、慣性輪、轉矩轉速傳感器、緩速器等組成。組成結構示意圖如圖1

（二）緩速器實驗臺的工作過程。試驗時，由電機作為動力源帶動傳動軸進行轉動。等到傳動系轉速一定時，通過離合器將電機與飛輪脫開，飛輪模擬實際車輛行駛時的慣性力，通過PLC發出控制指令使緩速器工作。同時通過PLC實時采集各個傳感器的輸出值，直到整個系統停轉為止，最后將所有測到的數據進行處理，得到非常直觀的試驗數據。電機的工作模式有轉速、轉矩2種模式，可在工作前自由切換。在速度模式下，可模擬汽車制動過程檢測緩速器的性能。在轉矩模式下，電機帶著飛輪繼續轉動，此時啟動緩速器可獲得更多緩速器的工作數據，并進一步的反映出緩速器的動態性能。

三、電渦流緩速器實驗臺的控制要求

1）試驗設備可以檢測電渦流緩速器的轉速—轉矩曲線、轉矩—溫度、功率—轉速等曲線，并把所有數據曲線存入數據庫。

2）試驗設備的電機需可在轉速與轉矩模式下自由切換且物理旋鈕、上位機均可設定轉速或轉矩。

3）試驗設備的操作應有自動執行與手動單步執行兩種模式。

4）試驗設備的上位機與觸摸屏可以實時顯示數據，且均可控制實驗臺。

5）緩速器應有檔位控制與PWM兩種控制方式。

四、電渦流緩速器實驗臺的整體控制方案確定

緩速器實驗臺采用PLC為控制核心，將扭矩傳感器、溫度傳感器、電流傳感器等檢測元件與PLC連接，通過PLC內部的運行程序的邏輯判斷、運算得出實際數據，通過以太網與上位機及觸摸屏通訊進行數據交換。上位機軟件通過PLC傳來的數據再次進行處理，生成并顯示各類曲線，同時將所有數據存入數據庫。操作模式可分為手動、自動2種模式，可通過物理按鈕隨意切換，但都應按照工藝流程來進行操作。在手動模式下，離合器、電機、緩速器均可獨立的開啟或關閉，在自動模式下，只需啟動電機，系統便會自動完成試驗，并檢測出所有運行數據存入數據庫。

五、硬件選型

PLC設備選型時自動化系統設計的重點。由于該系統需要輸出PWM信號，有多個模擬量輸入輸出，同時需要以太網通訊。西門子推出的SMART200 ST40，該款PLC自帶24點輸入16點輸出，CPU模塊本體集成以太網接口，在調試時可以方便的下載程序、更新PLC固件，可直接組網。另外SMART200 ST40可直接輸出3路PWM信號、拓展模擬量輸入輸出模塊方便。基于以上特點，選擇S7-200 SMART作為主控制器并與西門子SMART 700 IE觸摸屏配合使用，另外根據系統需要，在SMART200的基礎上拓展2個模擬量輸入模塊、1個模擬量輸出模塊。