何宇

摘要 本文設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的軸承試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速、加載載荷、潤(rùn)滑溫度等進(jìn)行精確控制，同時(shí)具有互鎖、報(bào)警、急停等一系列保護(hù)功能。試驗(yàn)結(jié)果表明：基于LabVIEW的軸承試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、控制精度高、系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】控制系統(tǒng) 軸承試驗(yàn)機(jī) 虛擬儀器

1 引言

直升機(jī)主旋翼軸軸承處于重要地位，該軸承受力情況復(fù)雜，工作性能及壽命要求嚴(yán)格。軸承試驗(yàn)機(jī)通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和壓力缸，模擬軸承的轉(zhuǎn)速、載荷及彎矩，潤(rùn)滑油站通過(guò)調(diào)節(jié)壓力溫度模擬軸承潤(rùn)滑環(huán)境。其用途包括：軸承轉(zhuǎn)速及承受徑向、軸向和力矩靜載荷的性能試驗(yàn)，軸承耐久性和動(dòng)載荷譜疲勞壽命試驗(yàn)等。目前，虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)成為基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)主要發(fā)展方向。LabVIEW軟件在數(shù)據(jù)采集及處理方面更具優(yōu)勢(shì)。在試驗(yàn)機(jī)的控制方面也有很多成功案例。

針對(duì)軸承試驗(yàn)機(jī)測(cè)點(diǎn)多，自動(dòng)化程度高的要求，使用LabVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)軸承載荷、馬達(dá)轉(zhuǎn)速、供油壓力及溫度控制功能。同時(shí)完成各參數(shù)測(cè)試，試驗(yàn)機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，參數(shù)報(bào)警及保護(hù)停車(chē)。本文主要分為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面介紹控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)機(jī)與多個(gè)試驗(yàn)機(jī)共用同一廠房，間隔緊密，干擾源多，而操縱間與試驗(yàn)機(jī)距離遠(yuǎn)，因此在控制系統(tǒng)中采用分布結(jié)構(gòu)，將控制器等硬件布置在現(xiàn)場(chǎng)，使模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)，由工業(yè)以太網(wǎng)通訊至遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)。

控制系統(tǒng)以PLC為中心，試驗(yàn)器的液壓馬達(dá)、電液比例閥、加熱器控制端其相連?？刂泼羁捎捎?jì)算機(jī)程序下達(dá)，也可通過(guò)調(diào)節(jié)操縱臺(tái)的電位器給定，而后PLC完成對(duì)試驗(yàn)器的轉(zhuǎn)速、載荷、油溫油壓的自動(dòng)或手動(dòng)控制功能。

2.1 載荷及轉(zhuǎn)速控制

軸承載荷控制采用“油壓.力”雙閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，由液壓管路上的壓力傳感器及液壓油缸的力傳感器變送輸出電壓信號(hào)，經(jīng)采集通道傳入PLC，控制電液比例閥的開(kāi)度，改變液壓油壓力，最終調(diào)節(jié)液壓油缸施加的載荷。

液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制采用“油壓.轉(zhuǎn)速”雙閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，由馬達(dá)管路上的壓力傳感器及馬達(dá)同軸安裝的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時(shí)提供反饋信號(hào)，通過(guò)程序計(jì)算，控制液達(dá)馬達(dá)的液壓油流量，改變液壓油壓力，最終控制液達(dá)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速。

載荷及轉(zhuǎn)速可由計(jì)算機(jī)程序控制，也可調(diào)節(jié)電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)，所有控制及反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)及OPC通訊與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)時(shí)性好。雙閉環(huán)方案控制精度高，保障試驗(yàn)安全。

2.2 溫度及壓力控制

滑油溫度控制通過(guò)溫控儀實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)下達(dá)目標(biāo)溫度值，溫控儀控制固態(tài)繼電器功率。熱電偶反饋溫度測(cè)量值，經(jīng)采集通道傳入PLC及計(jì)算機(jī)構(gòu)成溫度閉環(huán)，完成自動(dòng)控制。

滑油壓力控制由電位器或計(jì)算機(jī)命令調(diào)節(jié)，參照壓力傳感器的反饋，完成自動(dòng)控制。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軸承控制系統(tǒng)軟件應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，以LabVIEW為語(yǔ)言編程開(kāi)發(fā)，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)件各系統(tǒng)之間通訊，實(shí)時(shí)性好，程序結(jié)構(gòu)易于維護(hù)拓展。

控制軟件采用Step 7編寫(xiě)的梯形圖底層邏輯程序存入PLC運(yùn)行，LabVIEW開(kāi)發(fā)的圖形化程序安裝在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)交互的設(shè)計(jì)，通過(guò)以太網(wǎng)式計(jì)算機(jī)與PLC互聯(lián)，在交互界面收集控制命令，顯示試驗(yàn)機(jī)工作狀態(tài)，并反饋控制效果?？刂葡到y(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)器的轉(zhuǎn)速、載荷、供油溫度的程控。在自動(dòng)控制界面有試驗(yàn)狀態(tài)表，包括轉(zhuǎn)速、載荷、溫度、運(yùn)行時(shí)間、過(guò)渡時(shí)間以及循環(huán)次數(shù)等，可根據(jù)預(yù)先設(shè)定自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。控制軟件能在自動(dòng)表格任一步中止退出，下次啟動(dòng)可繼續(xù)運(yùn)行，滿足長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)需求。

控制軟件界面上有試驗(yàn)件及各設(shè)備狀態(tài)顯示區(qū)，具有完備的報(bào)警保護(hù)邏輯，包括轉(zhuǎn)速變化時(shí)間超限報(bào)警、加載卸載超長(zhǎng)報(bào)警、參數(shù)異常報(bào)警、通訊斷開(kāi)報(bào)警等。

為實(shí)現(xiàn)控制功能，控制軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。Step 7程序采用順序控制設(shè)計(jì)法，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間順序，在試驗(yàn)過(guò)程中有序控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。LabVIEW程序框圖以事件機(jī)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，分類(lèi)編寫(xiě)數(shù)據(jù)通訊、自動(dòng)控制，手動(dòng)控制、報(bào)警保護(hù)等分支，由用戶操作觸發(fā)。事件機(jī)設(shè)計(jì)模式將事件驅(qū)動(dòng)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)和Event結(jié)構(gòu)的功能合并到一個(gè)模式中，可保證用戶操作逐一執(zhí)行，不遺漏不重復(fù)。

在控制軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常遇到調(diào)試暴露的問(wèn)題及用戶新增的要求?？刂瞥绦蛞訪abVIEW事件機(jī)結(jié)構(gòu)為主體，修改某一功能只需要對(duì)其中某事件分支進(jìn)行操作，新功能只需添加一個(gè)事件分支，對(duì)其他功能沒(méi)有影響，相比其他程序更易于維護(hù)拓展。

4 結(jié)論

軸承試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)采用虛擬儀器與以太網(wǎng)相結(jié)合，分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高抗干擾能力，軟件設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度高。控制系統(tǒng)功能滿足試驗(yàn)要求，具備擴(kuò)展能力，可維護(hù)性好，投入使用以來(lái)受到廣泛認(rèn)可，對(duì)其他類(lèi)似試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定參考意義。

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