汽车传动轴防尘罩PLC控制系统的设计与实现

一、前言

可编程控制器(PLC)由于其运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、抗干扰性强而广泛应用于各种工业控制部分,在智能现场控制系统中,选用PLC作为控制器是十分有效的。本文以汽车传动轴防尘罩的检测为背景,着重讨论一种基于PLC控制的模拟汽车传动轴防尘罩实际运行环境的高低温试验箱控制系统的研制。

汽车传动轴防尘罩的作用是防止灰尘、杂质等进入前轮传动轴的连接处,同时也防止高温润滑油从中溢出。根据有关规定,本系统要求防尘罩在2500转/分下保持其优秀的断裂延展特性,在-60～150℃下,能通过1～6千万次循环试验。在此情况下,我们受委托对汽车传动轴防尘罩高低温试验箱进行改造,以工控机为人机接口,采用PLC程序控制系统。

二、系统功能分析

传动轴防尘罩温度试验的基本要求是:在规定的温度下,以一定的转速运行一定的时间。交替设定温度、转速及时间(最多为4组)循环一定次数构成一个测试阶段。测试过程最多可设4个阶段,每个测试阶段的循环次数由测试员现场设定。实验中主要控制量有试验箱内温度(-60～150℃)、传动轴转速(0～1500rpm)、固定角及滑动角角度、测试时间(1～60000分)及阶段循环次数。测试过程要求调整固定角及滑动角的角度、启动温度控制系统使温度逐步达到设定值、使传动轴在设定的转速下运行规定的时间。现场设定不同的条件交替测试,循环一定周期。

根据测试要求,系统应具有手动,自动操作功能。手动操作时,操作人员可以直接控制电机、压缩机、加热器等设备的启停,进行设备维修,调试和试验等；自动操作时,测试装置自动完成整个测试过程。另外,控制系统还应具有完善的保护功能以保护人员及设备安全。任何时候都可以强行停止测试。若测试过程因故障原因终止,需要记录故障原因及测试进展状况。

三、控制系统的设计与实现

1、控制系统硬件结构设计

本系统人机界面部分采用台湾研华公司生产的奔腾机,软件部分采用Delphi编程,在系统中协调控制,打印输出,过程值显示,控制核心部件为OMROM的可编程控制器,它负责各控制系统所需要的各种逻辑控制和运算。被控对象有变频调速系统和温度系统。变频调速由日本安川公司生产的变频器驱动传动轴电机,使传动轴保持一定的转速。温度控制系统是一个典型的闭环控制系统,温度测量元件为铂电阻,由PLC控制电加热器及压缩机,实现加热或制冷。加热系统由三个电加热管组成,制冷系统由两级压缩机组成,其通断由PLC控制。

为实现检测控制要求,本系统采用日本立石(OMRON)公司CPM2A-40CDR-A的PLC作为主控单元。其输入点数为24点,输出点数为16点。该PLC具有体积小,重量轻,运行可靠,保护方便等特点。系统除了基本的开关量的输入/输出外,还配有模拟量的输入/输出扩展单元。模拟量输入单元用于接收Pt100热电阻温度信号,模拟量输出单元控制变频器输出频率,实时检测全部模拟信号,进行工程量转换,并与设定的上下值比较,开关量单元用于控制电机的启停,故障的报警等。PLC的I/O分配和功能如图1所示。