基于PLC的电涡流缓速器试验台控制系统

杨龙

摘 要：本文主要介绍了PLC 在电涡流缓速器实验台中的应用与设计，以西门子SMART200为控制核心，再加上变频器对速度和力矩的调整，实现对实验台的控制和数据的采集。

关键词：西门子；SMART200 电涡流；缓速器

一、引言

随着汽车工业的快速发展，人们对汽车安全也越来越重视，汽车辅助制动设备也日益增多，电涡流缓速器也是其中的一种。电涡流缓速器利用电磁原理来降低行驶中车辆的车速。由于其减速是非接触式的，可使车辆在减速过程中比较平稳，这不仅可以大大的提高车辆的安全性，还可以减少制动蹄片等机械损耗。近些年，越来越多的大型客车和货车制造厂把电涡流缓速器作为高档产品的标配，以提高车辆的安全性。随着它的应用日益广泛，如何快速、准确的检测缓速器的工作性能已经成为一项非常紧迫的任务。本文从实验台的设计要求出发，对控制系统进行详细的介绍。以西门子SMART200为控制核心，实现手动自动两种模式控制实验台运行，对缓速器的温度、电流、转矩等进行了有效的测量。

二、缓速器实验台的机构及工作过程

（一）缓速器实验台的结构。传动系由电机、离合器、惯性轮、转矩转速传感器、缓速器等组成。组成结构示意图如图1

（二）缓速器实验台的工作过程。试验时，由电机作为动力源带动传动轴进行转动。等到传动系转速一定时，通过离合器将电机与飞轮脱开，飞轮模拟实际车辆行驶时的惯性力，通过PLC发出控制指令使缓速器工作。同时通过PLC实时采集各个传感器的输出值，直到整个系统停转为止，最后将所有测到的数据进行处理，得到非常直观的试验数据。电机的工作模式有转速、转矩2种模式，可在工作前自由切换。在速度模式下，可模拟汽车制动过程检测缓速器的性能。在转矩模式下，电机带着飞轮继续转动，此时启动缓速器可获得更多缓速器的工作数据，并进一步的反映出缓速器的动态性能。

三、电涡流缓速器实验台的控制要求

1）试验设备可以检测电涡流缓速器的转速—转矩曲线、转矩—温度、功率—转速等曲线，并把所有数据曲线存入数据库。

2）试验设备的电机需可在转速与转矩模式下自由切换且物理旋钮、上位机均可设定转速或转矩。

3）试验设备的操作应有自动执行与手动单步执行两种模式。

4）试验设备的上位机与触摸屏可以实时显示数据，且均可控制实验台。

5）缓速器应有档位控制与PWM两种控制方式。

四、电涡流缓速器实验台的整体控制方案确定

缓速器实验台采用PLC为控制核心，将扭矩传感器、温度传感器、电流传感器等检测元件与PLC连接，通过PLC内部的运行程序的逻辑判断、运算得出实际数据，通过以太网与上位机及触摸屏通讯进行数据交换。上位机软件通过PLC传来的数据再次进行处理，生成并显示各类曲线，同时将所有数据存入数据库。操作模式可分为手动、自动2种模式，可通过物理按钮随意切换，但都应按照工艺流程来进行操作。在手动模式下，离合器、电机、缓速器均可独立的开启或关闭，在自动模式下，只需启动电机，系统便会自动完成试验，并检测出所有运行数据存入数据库。

五、硬件选型

PLC设备选型时自动化系统设计的重点。由于该系统需要输出PWM信号，有多个模拟量输入输出，同时需要以太网通讯。西门子推出的SMART200 ST40，该款PLC自带24点输入16点输出，CPU模块本体集成以太网接口，在调试时可以方便的下载程序、更新PLC固件，可直接组网。另外SMART200 ST40可直接输出3路PWM信号、拓展模拟量输入输出模块方便。基于以上特点，选择S7-200 SMART作为主控制器并与西门子SMART 700 IE触摸屏配合使用，另外根据系统需要，在SMART200的基础上拓展2个模拟量输入模块、1个模拟量输出模块。