邵建文 葉振洲 林 峰 趙周琳

(浙江省計量科學(xué)研究院，杭州 310013)

0 引言

隨著交通安全問題的頻發(fā)，汽車安全檢測日益受到人們的重視，這就對機(jī)動車檢測設(shè)備的檢定工作提出了更高的要求。車輪定位是汽車安全檢測的重要內(nèi)容之一，國內(nèi)普遍采用單板式或雙板式的側(cè)滑試驗臺來檢測輪間側(cè)滑量。目前國內(nèi)對側(cè)滑試驗臺檢定設(shè)備基本為機(jī)械式或半機(jī)械式，與國外先進(jìn)技術(shù)相比精度低、檢測效果差，且采用人工讀數(shù)，工作效率低，檢測結(jié)果易帶入誤差。針對上述情況，設(shè)計了以PLC(可編程邏輯控制器)為控制單元的側(cè)滑自動檢定裝置，本裝置以PLC為主控制模塊，通過與MCGS(監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))觸摸屏通信來實(shí)現(xiàn)機(jī)動車側(cè)滑臺檢定過程中的位移、拉壓力、溫度和濕度等數(shù)據(jù)采集，并顯示在MCGS觸摸屏控制界面上，大大提高了檢定效率，對提高機(jī)動車計量設(shè)備檢定效率具有重要意義[1-4]。

圖1 機(jī)動車側(cè)滑自動檢定系統(tǒng)原理圖

1 工作原理

汽車側(cè)滑檢驗臺是用來檢驗汽車在直線行駛時，汽車側(cè)滑量大小及方向的設(shè)備。根據(jù)JJG 908—2009《汽車檢驗臺檢定規(guī)程》要求，該設(shè)備檢定周期不超過一年。為了提高汽車側(cè)滑檢驗臺的檢定效率，本課題設(shè)計了一種新型的側(cè)滑自動檢定系統(tǒng)，通過位移傳感器和拉壓力傳感器，對實(shí)時位移量、拉壓力等測量值進(jìn)行采集、處理。圖1為機(jī)動車側(cè)滑自動檢定裝置的系統(tǒng)原理圖。

如圖1所示，機(jī)動車側(cè)滑自動檢定系統(tǒng)主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、上位機(jī)、下位機(jī)三部分。首先，機(jī)械結(jié)構(gòu)執(zhí)行下位機(jī)發(fā)出的命令產(chǎn)生一定精度的位移量作用在滑板上，下位機(jī)根據(jù)反饋的實(shí)時位移量，不斷調(diào)整位移直至運(yùn)行到設(shè)定距離，系統(tǒng)自動運(yùn)行并實(shí)時采集測量數(shù)據(jù)且將此信號通過串口2傳給上位機(jī)，在控制界面的一定位置顯示。檢定結(jié)束后，被檢定側(cè)滑臺的檢定數(shù)據(jù)將自動保存至設(shè)定文件目錄下，以便日后的查詢和調(diào)用。整個過程只需操作人員與上位機(jī)MCGS觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對話，實(shí)現(xiàn)了自動化技術(shù)在檢定過程中的應(yīng)用。

2 硬件設(shè)計部分

如何滿足檢定系統(tǒng)的功能要求、正常的通信、位移的精確控制以及數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性和穩(wěn)定性，是硬件設(shè)計的關(guān)鍵。

2.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的核心(PLC)

從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和性價比等方面進(jìn)行綜合考慮，本設(shè)計選用歐姆龍CP1H-XA40DT-D型PLC。該模塊本身自帶或擴(kuò)展了4路A/D和2路D/A及2個串行通信口(RS-232C或RS-422/485任選)，為外圍模塊省去了資源，具有靈活性、可靠性高，使用簡單和體積小等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 位移、拉力傳感器的選型

根據(jù)實(shí)際使用條件，本裝置選用LES2光柵位移傳感器和圓S型拉壓力傳感器。一般國內(nèi)側(cè)滑檢驗臺基本選用LVDT線性差動變壓式位移傳感器，其具有動態(tài)特性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。但該類傳感器沒有斷線檢測功能，且長期工作容易造成信號漂移。綜合考慮上述因素，本裝置選用SM30光柵位移傳感器，輸出量為24V TTL方波，準(zhǔn)確度可達(dá)0.01mm，完全符合檢定規(guī)程所要求的準(zhǔn)確度等級。圓S型拉壓力傳感器將實(shí)時拉力值轉(zhuǎn)換成0～5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，精度0.3%，完全符合計量檢定規(guī)程要求。

2.3 步進(jìn)電機(jī)和絲桿選型

步進(jìn)電機(jī)選用杭州思科賽電子有限公司生產(chǎn)的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)保持扭矩為1.7N·m，轉(zhuǎn)動慣量為440g·cm2。選用配套的2M542細(xì)分型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與滾珠絲桿相連，電機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動絲桿上滑塊的直線運(yùn)動，在該滑塊上面安裝推動側(cè)滑板的機(jī)構(gòu)。絲桿選用了精度為C3的TPI滾珠絲杠。

2.4 3G DTU模塊選型

3G DTU無線模塊由選用支持中國電信的ZWD-35A，將控制室內(nèi)側(cè)滑臺的實(shí)時數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)綑z定控制核心PLC中。另外一方面，選用該模塊為后期所有機(jī)動車檢測線設(shè)備計量檢定聯(lián)網(wǎng)做準(zhǔn)備。

3 軟件設(shè)計部分

為了方便工作人員的現(xiàn)場操作，MCGS觸摸屏的控制界面包括：流程畫面、系統(tǒng)參數(shù)顯示、預(yù)警信號和點(diǎn)擊運(yùn)行情況顯示等，具有直觀、易操作的特點(diǎn)、可實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示、查詢及調(diào)用。軟件界面的編寫采用組態(tài)的方式，開發(fā)和維護(hù)方便。在設(shè)置好各項參數(shù)的情況下，可對側(cè)滑臺進(jìn)行自動檢定，大大節(jié)省了時間和人力[5-6]。圖2和圖3分別為上位機(jī)手動測試界面及主程序流程圖。

圖2 觸摸屏操作界面示意圖

主程序流程圖中包括以下兩個子功能模塊：電機(jī)控制模塊、信號采集模塊。在本裝置中，控制模塊完成的工作主要包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向的控制，采集模塊實(shí)現(xiàn)位移信號、拉壓力信號、溫濕度信號共四路信號的采集[7]。

4 系統(tǒng)功能及試驗結(jié)果分析

按照 JJG 908—2009《汽車側(cè)滑檢驗臺檢定規(guī)程》對側(cè)滑檢驗臺進(jìn)行檢定，具體操作過程如圖4所示。

圖3 主程序流程圖

根據(jù)實(shí)際要求，本檢定系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：

1)對現(xiàn)場工況參數(shù)(溫度、濕度、位移、壓力)的實(shí)時采集與顯示。當(dāng)位移超出最大運(yùn)行距離(±7mm)時，上位機(jī)界面自動彈出黃色報警對話框，以便檢定人員及時處理；當(dāng)拉壓力超過300N時，檢定中斷，保護(hù)電機(jī)。

2)可以自行設(shè)定位移距離、脈沖數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行速率。

3)根據(jù)各檢測點(diǎn)的檢定結(jié)果計算示值誤差、示值重復(fù)性。

為了驗證側(cè)滑檢定系統(tǒng)的工作性能，依據(jù)檢定操作過程，對側(cè)滑自動檢定系統(tǒng)進(jìn)行測試。測量數(shù)據(jù)整理如表1所示。

表1測量結(jié)果分析表 單位：mm

通過表中數(shù)據(jù)，得到如下結(jié)論：在有效運(yùn)行距離范圍內(nèi)，側(cè)滑自動檢定系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在不同檢定點(diǎn)的自動檢定，并依據(jù)檢定結(jié)果計算示值誤差、示值重復(fù)性。

5 結(jié)束語

本檢定裝置宏觀上可分為硬件設(shè)計部分和軟件設(shè)計部分。對于硬件部分，本裝置主要包括PLC選型、傳感器選型和驅(qū)動電機(jī)選型等方面。對于軟件設(shè)計部分，可分為電機(jī)控制模塊、信號采集模塊。各模塊之間緊密相連，缺一不可。本裝置自動化程度高，各項性能指標(biāo)基本達(dá)到了設(shè)計要求。上位機(jī)操作界面豐富、直觀、簡潔且節(jié)省人力，提高了工作效率，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。裝置的后期將結(jié)合上位機(jī)軟件自動生成原始記錄和證書報告，為我國機(jī)動車檢測線設(shè)備標(biāo)定自動化發(fā)展做貢獻(xiàn)。

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