变速器智能检测系统软件的开发

王坤侠　张广斌

摘要:针对变速器在线检测已经成为汽车工业生产流水线重要组成部分的情况,开发了一个基于组态王软件的变速器检测监控系统。阐述了系统的硬件结构和软件总体规划,在介绍使用组态网的数组字典定义变量的基础上,论述了软件中的核心模块-换挡控制模块的流程图和模块的详细设计过程。

关键词:变速器;检测;换挡;数组字典;流程图

中图分类号:TP319文献标识码:A文章编号:

0 引言

随着民族汽车工业的蓬勃发展,汽车发动机和变速器等关键部件的性能检测已经成为汽车企业关注的焦点之一。本文介绍了一个变速器智能化自动在线检测系统软件的结构和开发,该检测系统是为安徽江淮汽车集团研制的,目前在企业的生产线上工作状态良好,并获得了中国科学院省院共建奖。

1 系统分析

1.1 系统硬件结构

根据企业的需求,以及变速器的工作原理和实际工况,整个检测系统主要分成4部分:监控主机、现场控制设备、机电设备、远端客户机,总体结构设计如图1所示。其中,监控主机是整个系统的控制核心,包括了数字量I/O卡、模拟量I/O卡,以及232-485的转换卡。现场控制设备包括了控制机械换档装置的PLC,控制输入电机和加载电机的变频器。机电设备则包括了输入和加载电机,机械台架含传动装置,自动机械换档装置,转速、扭矩、拉压力、温度一系列传感器。客户机指的是企业局域网内可以进行远程监控的所有机器。当然,除了这四部分以外,系统还包括一些辅助设备,如调试用的就地控制箱,系统冷却装置,现场二次仪表,控制传动对接的马达。

1.2 软件总体规划

由于整个检测系统较为复杂,需要能够实现用户要求的多种测试功能,因此整个检测系统的软件设计必须以硬件功能的实现为基础,也就是软件为硬件服务。根据硬件的实际情况,软件必须具有很强的协调多个设备的通讯能力,现场数据的实时准确检测,强大的数据库系统和数据处理功能,以及良好的图形用户界面等功能。针对上述分析,软件设计采用了模块化和结构化的思想,整个软件由多个模块所组成。主控模块是整个软件的应用框架,其他几个子模块根据用户选择测试功能的不同可以分别进行调用,其中的换挡控制模块和数据处理模块也可以脱离主控模块单独运行。

1.3 软件开发环境

为了使不同的模块发挥其最大的功效,模块选择了不同的开发环境。如主控模块部分,选用国内控制软件的龙头企业之一亚控公司的组态王软件。该软件是专门为工业控制开发的企业级组态软件,具有稳定性高,支持的现场总线协议多,联网方便等特点,尤其是组态王的命令语音非常适合监控软件的开发。如组态王事件命令语言可以规定在事件发生、存在和消失时分别执行的程序。离散变量名或表达式都可以作为事件。当该事件刚刚发生时,该单元的程序只执行一次;当该事件存在时,按照设定的时间间隔反复执行该单元程序;当该事件消失时,该单元程序只执行一次。事件命令语言存在时的循环执行程序与普通程序的while循环类似,但不完全相同。事件命令语言在事件存在条件下可以控制和调节系统循环执行的时间,因而有利于过程控制的定时操作。事件命令语言可以完成普通程序的if、while条件,同时可以达到定时功能。而且工业控制中很多都是通过离散状态变更来激发程序的流程。组态王命令语言形式很适合开发这种过程。

对于数据处理部分,则采用Borland公司的C++ Builder进行开发,因为其可视化编程较为容易,模块化及对象化程度高,数据库接口丰富和方便,还可以进行实时数据采集和处理。而数据库部分则采用了目前使用较为广泛微软公司的SQL SERVER ,其数据库管理能力强,检索快捷。

2 数据字典

数据字典是“组态王”最核心的部分。在检测系统运行时,工厂现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上,同时工程人员在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场,所有这一切都是以实时数据库为中介环节,数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在数据库中存放的是变量的当前值,变量包括系统变量和用户定义的变量。变量的集合形象地称为“数据词典”,数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息,是数据库和用户的接口。

因为变量的个数(也称为组态软件的点数)不仅影响到系统控制硬件的响应周期,而且关系到组态软件的价格,所以合理设计变量在利用工业组态软件开发工业控制软件中具有重要地位。根据系统的硬件情况及软件规划,我们设计了全局公用变量和输入输出变量,这些变量不仅在核心的换档模块和主控模块中使用,在一些其他模块中也需要引用,因此在组态王中必须将其在数据字典中定义。这些变量在数据字典中占用点数,而对程序中用到的临时变量可以随意定义而不占用组态软件的点数。具体的数据字典如表1所示:

3 换档控制模块的开发

换档控制是系统工作中核心的操作,主要控制机械手完成换档过程,因此重点介绍换挡控制模块的开发。在系统工作的多种测试过程中,换档流程是大致相同的,所以换档控制是同一个模块,只是调用参数不同。换档流程简要的说可以分成三步:离合器打开—机械手执行换档动作—离合器闭合。

3.1 流程图

流程图是软件设计中比较重要的一环,在分析清楚用户关于换挡控制的需求后,需要画出流程图进行下一步的实现。流程图也是静态检验我们的设计是否在理论上存在问题的重要方法之一。从流程图中可以很清晰地看出机械手换档子模块的整个工作流程,根据流程图,我们可以进一步细化整个换挡工作过程。

3.2 换档控制模块设计

换档控制模块主要是为了实现换档流程中的每一步而工作的,其每个函数基本上都是对硬件的操作或者是对信号量的判断,因此其设计的主要工作就是换档流程的细化。具体的详细设计过程如下所示:

离合器打开过程子模块:离合器开闭信号置开,等待一段时间,检测离合器状态信号是否为开,如果没有打开,则先发出离合器闭合信号,再发出离合器打开信号,然后检测,如果失败,则继续此过程。持续三次如果都没有成功打开离合器,则报警离合器故障。其中先闭合后打开离合器的目的是避免离合器中的油污堵塞,造成的打开失败,反复开闭几次会消除此类问题造成的离合器开闭困难的现象。离合器闭合过程的实现和打开过程类似。

执行换档动作子模块:首先确保离合器状态信号为开,然后根据预定的工作过程和目前的档位信号,向机械手发出换档信号的值,等待一段时间后,检测限位开关的档位信号的值是否和换档信号的值相同:

如相同,则根据升档或者降档过程的不同,降低或者提高输入电机的输入转速的值到预定范围,此动作是模仿司机换档时加减油门的动作,以降低对变速箱和试验台的冲击。降低转速的缓冲动作完成后,调用离合器闭合过程。确保离合器状态信号为闭合后,计算输入转速和输出转速得比值,并将比值与该档位对应的变速比进行比较,如果在误差范围内,则认为换档成功。如果超出误差范围,则报警变速比出错。

如果不同,则离合器开闭信号置闭合,等待一段时间,离合器开闭信号置开,再次进行换档过程。换档如果不成功,会重复此过程三次,如果三次都失败,则报警换档失败。

4 结束语

通过使用组态王强大的通讯和过程控制能力,减少了控制程序的开发时间,提升了检测和控制精度,检测的结果能够为产品性能分析和市场前景预测提供参考。经过一段时间的良好运行,系统降低了企业检测成本、提高了生产效率,响应了国家建立和谐节约社会的政策。

参考文献:

[1] 王在峰.汽车变速器齿轮故障诊断方法综述[J].机械管理开发,2007,4(8):41-43.

[2] 顾磊,田晋跃.自动变速器台架试验方法综述[J].交通标准化,2007,4(4):57-59.

[3] Wang J Z,Zhou G H,Zhao X S.Gearbox eault diagnosis and prediction based on empirical mode decomposition scheme[C]//International Conference on Machine Learning and Cybernetics.Hong Kong:INSPEC,2007:1072-1075.

[4] Yang S L,Li W H,Zhen H.Intelligent condition monitoring and fault diagnosis of a gearbox based on Artificial Neural Network[C]//The Eighth International Conference on Electronic Measurement and Instruments,ICEMI.Xi'an:INSPEC,2007:3560-3564.