基于PLC的變速器同步器測試系統

在汽車(chē)的傳動(dòng)系統中，若采用機械式手動(dòng)變速器，一般都配有同步器，其主要功能是：使接合套與待接合齒圈兩者之間能迅速同步，阻止在同步之前齒輪進(jìn)行嚙合，防止產(chǎn)生接合齒圈之間的沖擊，縮短換檔時(shí)間，迅速完成換檔操作，并延長(cháng)齒輪壽命。

同步器的性能指標直接影響變速器的效能表現，從而影響車(chē)輛的操控性，所以要在安裝前對其技術(shù)性能和壽命進(jìn)行一系列相關(guān)測試。

研究基于PLC的變速器同步器測試系統，可以對同步器換擋過(guò)程中的關(guān)鍵參數進(jìn)行實(shí)時(shí)準確的測試記錄，通過(guò)對比分析處理，從而對被試同步器的性能與壽命作出客觀(guān)準確的評價(jià)。

因為PLC具有體積小、功能強、可靠性高等特點(diǎn)，所以采用PLC作為整個(gè)測試系統的控制核心，通過(guò)驅動(dòng)電機模擬換擋過(guò)程，并且控制二個(gè)軸的轉速;同時(shí)配以計算機，設定測試條件，用以高速采集測試系統中多路傳感器信號，并對采集數據進(jìn)行后期分析處理，并發(fā)出相應指令。

1 測試系統組成

汽車(chē)同步器測試系統的主要部件有：結構臺體、變頻電機、伺服電機、慣性飛輪、被試同步器、換擋機械手、循環(huán)潤滑系統、機械手控制箱、控制柜、各種檢測傳感器、PLC、計算機等，測試臺的機械結構如圖1所示。

注：1.交流伺服電機(0.85kW);2.減速機;3.離合器;4.交流變頻電機(3 kW);5.機械手液壓泵站;6.皮帶輪;7.位移傳感器;8.液壓缸;9.潤滑油噴油口;10.編碼器(低速);11.組合式慣性飛輪;12.離合器;13.轉速傳感器(高速);14.潤滑油回油口;15.兩分力傳感器;16.齒輪錐;17.同步器;18.撥叉;19.工作倉。

測試臺能對一定型號的同步器進(jìn)行3類(lèi)主要測試：連續測試、慣性測試和擠壓測試，連續測試與慣性測試測量同步器動(dòng)摩擦系數和耐磨損性能，擠壓測試用于測量同步器的靜摩擦系數，測試是在室溫至120℃的潤滑油環(huán)境中進(jìn)行的，通過(guò)對測試臺測量數據的分析與計算，觀(guān)測并記錄同步的摩擦性能與耐磨損性能，從而對同步器的性能作出評價(jià)，其中連續測試流程如圖2所示。

2 測試系統設計

整個(gè)測試系統的核心是測控部分，首先要求實(shí)時(shí)監控系統的運行狀況，以確保系統運行的安全可靠;同時(shí)在測試過(guò)程中，要求實(shí)時(shí)采集采集位移、轉速、同步扭矩、軸向力、潤滑油油溫和流速等一系列信號數據，通過(guò)處理采集到的信號數據及由此繪出的特性曲線(xiàn)，分析評價(jià)被測變速器同步器的相關(guān)性能，其測控系統原理框圖如圖3所示。

測控系統由PLC、計算機、各種傳感器、信號測試調理卡、驅動(dòng)與控制電機等組成。測試系統由計算機和PIC共同控制，計算機作為上位機具有良好的人機交互功能，負責對整個(gè)測控系統進(jìn)行監控，向PLC發(fā)送指令及數據，實(shí)現對現場(chǎng)設備的控制，并通過(guò)數據分析軟件對采集到的測試數據進(jìn)行進(jìn)一步的處理，從而測試同步器的性能指標。

因為PLC具有操作方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿(mǎn)足測試系統控制的要求，所以采用PLC來(lái)采集現場(chǎng)信號和輸出控制信號;負責直接控制與監控現場(chǎng)設備，包括換擋機械手的運動(dòng)控制、電機速度的調節、變速器油溫控制等;傳感器負責采集現場(chǎng)的信號，經(jīng)信號測試調理卡轉換成模擬量傳送給PLC和計算機。

需要指出的是：當測試開(kāi)始之前，必須對變速器各個(gè)擋位位置進(jìn)行預先設定，將各個(gè)擋位對應的選擋位置傳感器和掛擋位置傳感器數據存儲于PLC的存儲區，同時(shí)將機械手的控制參數如各個(gè)擋位的掛擋力、掛擋速度、擋位位置補償存儲于PLC的存儲區，在測試過(guò)程中，通過(guò)對這些數據的快速查詢(xún)而準確快速的模擬換擋過(guò)程。

3 系統實(shí)現

測控系統采用計算機與PLC綜合控制。

作為上位機，計算機中的對應控制程序基于Windows2000/XP平臺系統進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用人性化用戶(hù)界面，能實(shí)現試驗臺的自動(dòng)化控制和試驗數據的存儲及分析處理，其主要實(shí)現的功能有：

1)查閱、刪除、分析、打印歷史測試數據或曲線(xiàn)圖;

2)實(shí)時(shí)顯示測試中的設備狀態(tài)及可能出現的錯誤故障，按照出錯等級(警告、錯誤、嚴重錯誤、致命錯誤)自動(dòng)做出應對;

3)可以預先設定試驗程序，包括軸向力、加載時(shí)間、卸載時(shí)間、轉速差、潤滑油溫度等參數，并能對同步器參數和試驗工況進(jìn)行編輯、保存、下載、打印;

4)連續自動(dòng)記錄測試過(guò)程中的相關(guān)等數據，實(shí)時(shí)圖形顯示所有的測量和計算數據，并生成相應變化曲線(xiàn)分析圖;

作為下位機，PLC負責對現場(chǎng)設備進(jìn)行控制與監控，PLC中的控制程序采用德國倍福公司的TwinCAT PLC編程軟件編寫(xiě)，整個(gè)程序控制流程如圖4所示。

PLC中的控制程序實(shí)現的功能主要有：

1)采集數據 因為測試環(huán)境中通常存在強烈的電磁干擾，如不采取相應的抗干擾措施，其會(huì )以傳導和輻射的形式進(jìn)入測控系統，嚴重影響測試結果，所以要從硬件和軟件上加以相應處理，硬件上要采取相應的電磁屏蔽，在測試信號調制卡設置多重濾波電路，利用PLC的I/O模塊帶有電氣隔離功能進(jìn)行光電隔離;軟件上采用相應算法進(jìn)行濾波處理，進(jìn)一步減低干擾影響。

2)安全保護 當不當操作或測試同步器零件總成發(fā)生過(guò)早損害或其他故障(電機過(guò)載、超速、超溫等)時(shí)，使試驗臺能夠快速自動(dòng)停止，對變頻器具有過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、短路和冷卻風(fēng)扇異常保護，對電動(dòng)機具有過(guò)載和超速保護，對系統具有超速、超扭和超溫保護，所有報警信號通過(guò)主控制計算機顯示故障原因或故障代碼;緊急停車(chē)是必須的硬件功能，可以手動(dòng)執行或系統自動(dòng)執行;緊急停車(chē)時(shí)加載機構處于中間位，電機通過(guò)制動(dòng)單元緊急停車(chē)、機械手摘到空擋，報警器發(fā)出報警。

3)控制換擋 PLC根據計算機發(fā)送的控制命令，提取其存儲區內相應的數據，執行相應換擋動(dòng)作;同時(shí)計算機通過(guò)讀取相應傳感器信號監視換擋動(dòng)作完成情況，若選擋未能到位或換擋超時(shí)，會(huì )即刻強制空擋，起到安全保險作用;當選擋及時(shí)準確到位時(shí)，則發(fā)出下一步指令。

4 結論

同步器測試系統是包含信號采集處理、電子電路、機械結構等學(xué)科于一體的自動(dòng)控制機電一體化設備，能夠完成典型的長(cháng)時(shí)間、高重復性測試項目，運行穩定可靠，對于提高同步器測試自動(dòng)化水平具有重要的實(shí)用價(jià)值。