基于PLC的侧滑自动检定装置的研制

邵建文 叶振洲 林 峰 赵周琳

(浙江省计量科学研究院，杭州 310013)

0 引言

随着交通安全问题的频发，汽车安全检测日益受到人们的重视，这就对机动车检测设备的检定工作提出了更高的要求。车轮定位是汽车安全检测的重要内容之一，国内普遍采用单板式或双板式的侧滑试验台来检测轮间侧滑量。目前国内对侧滑试验台检定设备基本为机械式或半机械式，与国外先进技术相比精度低、检测效果差，且采用人工读数，工作效率低，检测结果易带入误差。针对上述情况，设计了以PLC(可编程逻辑控制器)为控制单元的侧滑自动检定装置，本装置以PLC为主控制模块，通过与MCGS(监视与控制通用系统)触摸屏通信来实现机动车侧滑台检定过程中的位移、拉压力、温度和湿度等数据采集，并显示在MCGS触摸屏控制界面上，大大提高了检定效率，对提高机动车计量设备检定效率具有重要意义[1-4]。

图1 机动车侧滑自动检定系统原理图

1 工作原理

汽车侧滑检验台是用来检验汽车在直线行驶时，汽车侧滑量大小及方向的设备。根据JJG 908—2009《汽车检验台检定规程》要求，该设备检定周期不超过一年。为了提高汽车侧滑检验台的检定效率，本课题设计了一种新型的侧滑自动检定系统，通过位移传感器和拉压力传感器，对实时位移量、拉压力等测量值进行采集、处理。图1为机动车侧滑自动检定装置的系统原理图。

如图1所示，机动车侧滑自动检定系统主要包括机械结构、上位机、下位机三部分。首先，机械结构执行下位机发出的命令产生一定精度的位移量作用在滑板上，下位机根据反馈的实时位移量，不断调整位移直至运行到设定距离，系统自动运行并实时采集测量数据且将此信号通过串口2传给上位机，在控制界面的一定位置显示。检定结束后，被检定侧滑台的检定数据将自动保存至设定文件目录下，以便日后的查询和调用。整个过程只需操作人员与上位机MCGS触摸屏进行人机对话，实现了自动化技术在检定过程中的应用。

2 硬件设计部分

如何满足检定系统的功能要求、正常的通信、位移的精确控制以及数据采集的实时性和稳定性，是硬件设计的关键。

2.1 数据采集与监控的核心(PLC)

从系统的稳定性、可靠性和性价比等方面进行综合考虑，本设计选用欧姆龙CP1H-XA40DT-D型PLC。该模块本身自带或扩展了4路A/D和2路D/A及2个串行通信口(RS-232C或RS-422/485任选)，为外围模块省去了资源，具有灵活性、可靠性高，使用简单和体积小等优点。

2.2 位移、拉力传感器的选型

根据实际使用条件，本装置选用LES2光栅位移传感器和圆S型拉压力传感器。一般国内侧滑检验台基本选用LVDT线性差动变压式位移传感器，其具有动态特性好、可靠性高等优点。但该类传感器没有断线检测功能，且长期工作容易造成信号漂移。综合考虑上述因素，本装置选用SM30光栅位移传感器，输出量为24V TTL方波，准确度可达0.01mm，完全符合检定规程所要求的准确度等级。圆S型拉压力传感器将实时拉力值转换成0～5V的标准电压信号，精度0.3%，完全符合计量检定规程要求。

2.3 步进电机和丝杆选型

步进电机选用杭州思科赛电子有限公司生产的两相混合式步进电机，电机保持扭矩为1.7N·m，转动惯量为440g·cm2。选用配套的2M542细分型步进电机驱动器实现对电机的控制。步进电机通过联轴器与滚珠丝杆相连，电机的转动带动丝杆上滑块的直线运动，在该滑块上面安装推动侧滑板的机构。丝杆选用了精度为C3的TPI滚珠丝杠。

2.4 3G DTU模块选型

3G DTU无线模块由选用支持中国电信的ZWD-35A，将控制室内侧滑台的实时数据透明传输到检定控制核心PLC中。另外一方面，选用该模块为后期所有机动车检测线设备计量检定联网做准备。

3 软件设计部分

为了方便工作人员的现场操作，MCGS触摸屏的控制界面包括：流程画面、系统参数显示、预警信号和点击运行情况显示等，具有直观、易操作的特点、可实现测量数据的实时显示、查询及调用。软件界面的编写采用组态的方式，开发和维护方便。在设置好各项参数的情况下，可对侧滑台进行自动检定，大大节省了时间和人力[5-6]。图2和图3分别为上位机手动测试界面及主程序流程图。

图2 触摸屏操作界面示意图

主程序流程图中包括以下两个子功能模块：电机控制模块、信号采集模块。在本装置中，控制模块完成的工作主要包括电机的转速与转向的控制，采集模块实现位移信号、拉压力信号、温湿度信号共四路信号的采集[7]。

4 系统功能及试验结果分析

按照 JJG 908—2009《汽车侧滑检验台检定规程》对侧滑检验台进行检定，具体操作过程如图4所示。

图3 主程序流程图

根据实际要求，本检定系统主要实现了以下功能：

1)对现场工况参数(温度、湿度、位移、压力)的实时采集与显示。当位移超出最大运行距离(±7mm)时，上位机界面自动弹出黄色报警对话框，以便检定人员及时处理；当拉压力超过300N时，检定中断，保护电机。

2)可以自行设定位移距离、脉冲数，实现自动调节电机的运行速率。

3)根据各检测点的检定结果计算示值误差、示值重复性。

为了验证侧滑检定系统的工作性能，依据检定操作过程，对侧滑自动检定系统进行测试。测量数据整理如表1所示。

表1测量结果分析表 单位：mm

通过表中数据，得到如下结论：在有效运行距离范围内，侧滑自动检定系统能够实现在不同检定点的自动检定，并依据检定结果计算示值误差、示值重复性。

5 结束语

本检定装置宏观上可分为硬件设计部分和软件设计部分。对于硬件部分，本装置主要包括PLC选型、传感器选型和驱动电机选型等方面。对于软件设计部分，可分为电机控制模块、信号采集模块。各模块之间紧密相连，缺一不可。本装置自动化程度高，各项性能指标基本达到了设计要求。上位机操作界面丰富、直观、简洁且节省人力，提高了工作效率，具有良好的经济效益和社会效益。装置的后期将结合上位机软件自动生成原始记录和证书报告，为我国机动车检测线设备标定自动化发展做贡献。

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[3] 颜增品.关于前轮侧滑量检测的思考[J]. 中国汽车保修设备,1993(5)

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[6] 李高峰，王宏伟，刘灿. 基于PLC的天然气流量计检定系统的设计[J]. 计量技术，2012(4)：56-58

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