目錄某變速箱試驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：變速箱磨合的效果和變速箱的整體性能密切相關(guān)，與此同時(shí)還深刻影響著工業(yè)生產(chǎn)的效率和安全。因此，變速箱的磨合程度在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)體系中扮演著非常重要的角色。本課題通過設(shè)計(jì)變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)并確定測(cè)試方案和整體布局，再對(duì)所需的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行比對(duì)和選型，最后又用到了MCGS組態(tài)軟件和S7-200PLC控制系統(tǒng)，編寫和設(shè)計(jì)這兩個(gè)軟件的界面和功能，設(shè)計(jì)出一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟停和增減轉(zhuǎn)速等功能的操作簡(jiǎn)單且實(shí)用的變速器磨合試驗(yàn)臺(tái)。幫助用戶簡(jiǎn)單快捷的操作變速箱磨合工作，能夠使得試驗(yàn)臺(tái)在運(yùn)行時(shí)通過設(shè)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及工作時(shí)間達(dá)到磨合變速箱的效果。該試驗(yàn)臺(tái)通過組裝PLC以及工控屏設(shè)計(jì)了一套實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的操作畫面，使得工程師能夠直觀，便捷地操作本試驗(yàn)臺(tái)，達(dá)到最大程度節(jié)省變速器磨合時(shí)間的效果。關(guān)鍵詞：變速箱；磨合；試驗(yàn)臺(tái)；控制系統(tǒng)；報(bào)警系統(tǒng)目錄TOC\o"1-4"\h\z\u1緒論 緒論研究背景及意義自新中國(guó)成立以來，我國(guó)輕重工業(yè)不斷發(fā)展，尤其是在20世紀(jì)末中國(guó)改革開放之后，對(duì)于輕工業(yè)的需求尤為旺盛，所以這也促進(jìn)了我國(guó)各類工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。我國(guó)由于工業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱，80年代的時(shí)候與國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)相比相差甚遠(yuǎn)，但我國(guó)在這四十年間大力研發(fā)工業(yè)的技術(shù)，已經(jīng)取得了不俗的成就，雖然在關(guān)鍵零部件的工藝制造和加工技術(shù)上還存在一定的代差，不過我相信在不久的將來，我們國(guó)家一定能迎頭趕上。在各國(guó)的工業(yè)發(fā)展中，這場(chǎng)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中最激烈的焦點(diǎn)之一便是自動(dòng)變速器的發(fā)展走向問題。如何做到設(shè)計(jì)的輕量化、響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的政策、以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高等是我國(guó)當(dāng)前幾乎所有的變速齒輪箱公司和零部件公司近年來所要開展研究的一項(xiàng)主要工作方向，在我國(guó)推進(jìn)企業(yè)節(jié)能和減排工作中，變速箱中的齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣也扮演一個(gè)不可或缺的重要角色。我相信在未來我國(guó)工業(yè)的發(fā)展當(dāng)中，它會(huì)給我們下一步的變速器技術(shù)改革提供重要的借鑒和參考。在工業(yè)生產(chǎn)中，企業(yè)必須定期地對(duì)變速器進(jìn)行維修保養(yǎng)以及進(jìn)行出廠前的磨合工作，作業(yè)變速箱在出廠前和保養(yǎng)過程中都必須經(jīng)過磨合階段檢驗(yàn)，因此需要經(jīng)常檢查變速器的各種性能參數(shù)。而目前使用的作業(yè)方法質(zhì)量較差，且作業(yè)并不方便。本實(shí)用新型試驗(yàn)臺(tái)采用了各種變速器的磨合試驗(yàn)臺(tái)來處理這種情況。在采用控制系統(tǒng)后可以使用控制臺(tái)對(duì)變速器的各種技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢查，大幅度節(jié)約了人工成本。本套控制系統(tǒng)運(yùn)行便捷，結(jié)構(gòu)緊湊，極大提高了磨合測(cè)試效果，并且能夠促進(jìn)變速器磨合試驗(yàn)的操作不斷規(guī)范化。研究現(xiàn)狀由于國(guó)外相較于國(guó)內(nèi)更早進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代，工業(yè)發(fā)展的歷史更加久遠(yuǎn)，工業(yè)技術(shù)更加發(fā)達(dá)，所以西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此類課題的研究相較于我國(guó)要更加深入。位于美國(guó)紐約州的Gleason齒輪加工機(jī)床廠，在上世紀(jì)六十年代的時(shí)候就已經(jīng)能夠?yàn)樽兯傧湓囼?yàn)臺(tái)配置一套完整的載荷系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多個(gè)齒輪組組合而成。在1968年，法國(guó)的技術(shù)研發(fā)公司就研發(fā)了一臺(tái)極具代表性的BIA變速箱試驗(yàn)臺(tái)，它具有相當(dāng)多的測(cè)試功能例如變速箱壽命長(zhǎng)短測(cè)試、振動(dòng)噪聲測(cè)量、換擋效率測(cè)試等等一系列測(cè)試，投入了大量人力物力研究制造變速器的實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)。又比如，美國(guó)的Burke（寶克）機(jī)械公司在1995年時(shí)就曾對(duì)變速箱的試驗(yàn)臺(tái)采用了手動(dòng)或機(jī)械式換檔機(jī)構(gòu)進(jìn)行換擋的操作，再加上當(dāng)時(shí)先進(jìn)的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)是該公司采用的主要驅(qū)動(dòng)方式，所以其實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，操作方便，精度高，在技術(shù)和精度層面要遠(yuǎn)優(yōu)于我國(guó)同類型的技術(shù)。我們國(guó)家過去由于工業(yè)制造業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的相對(duì)脆弱，對(duì)變速器磨合階段實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研發(fā)也相對(duì)滯后，從八十年代初才開始，現(xiàn)今中國(guó)國(guó)內(nèi)開展這方面研發(fā)工作的著名院校與單位主要有:吉林車輛研究院，重慶大學(xué)，合肥工業(yè)大學(xué)等著名院校與科研機(jī)構(gòu)，但中國(guó)如今的工業(yè)科技發(fā)展水平與世界上的國(guó)家比較，仍然稍顯滯后。唐卓堯教授和其團(tuán)隊(duì)所開發(fā)的變速箱試驗(yàn)臺(tái)中采用了計(jì)算機(jī)對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，計(jì)算機(jī)主要用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、油溫的測(cè)量，而陶維青和宋舒等人研制的試驗(yàn)臺(tái)多數(shù)采用的是DOS計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，DOS系統(tǒng)是命令方式、單任務(wù)，一方面操作界面不夠簡(jiǎn)潔實(shí)用，另一方面，DOS系統(tǒng)不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，試驗(yàn)中若要同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的控制和數(shù)據(jù)采集，2008年蘇州的博泰測(cè)控有限公司研發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)擁有油溫、扭矩以及電機(jī)轉(zhuǎn)速等多種控制模塊，除此之外，該公司還在試驗(yàn)臺(tái)中添加了異常狀態(tài)報(bào)警以及斷電保護(hù)等多項(xiàng)功能，非常實(shí)用。盡管我國(guó)現(xiàn)在著力于研發(fā)具有各自特色功能的變速箱測(cè)試儀器，但由于技術(shù)受限及資金短缺等問題，往往相較于國(guó)外的試驗(yàn)臺(tái)有較大的代差和短板。研究目的與內(nèi)容研究目的在本課題的研究過程中，我主要的任務(wù)就是設(shè)計(jì)出一套完整的變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，可以使得試驗(yàn)臺(tái)在運(yùn)行時(shí)通過設(shè)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及工作時(shí)間達(dá)到磨合變速箱的效果。該試驗(yàn)臺(tái)通過組裝PLC以及工控屏設(shè)計(jì)了一套實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的操作畫面，使得工程師能夠直觀，便捷地操作本試驗(yàn)臺(tái)，達(dá)到最大程度節(jié)省變速器磨合時(shí)間以及大幅度提高磨合效率的目的。研究?jī)?nèi)容研究本課題的時(shí)候我需要了解變速箱的基本構(gòu)造以及變速箱試驗(yàn)臺(tái)性能檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理，接著在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，在此過程中我還需要學(xué)會(huì)如何使用MCGS組態(tài)軟件、PLC程序的編寫以及Autocad工業(yè)制圖軟件等內(nèi)容，Autocad軟件可以用來繪制出控制系統(tǒng)的控制流程圖，并確定主要設(shè)備的型號(hào)及配置，同時(shí)熟悉變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的控制要求，完成對(duì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還需要對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)常見故障進(jìn)行分析，并提出解決和優(yōu)化方案。過程如下：變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)硬件的選型以及總體設(shè)計(jì)，比如測(cè)試臺(tái)架、驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)、顯示屏以及工控機(jī)和PLC通訊模塊的選型等；變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)控制模塊設(shè)計(jì)及組態(tài)軟件選型；西門子S7-200PLC的控制程序的編寫與設(shè)計(jì)；變速箱試驗(yàn)臺(tái)總體方案確定變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)概述我在本課題中設(shè)計(jì)的變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)是一類能夠模擬變速箱運(yùn)轉(zhuǎn)工況，從而使得變速箱達(dá)到優(yōu)良磨合效果的一個(gè)非常實(shí)用的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，該設(shè)備可以通過模擬試驗(yàn)變速箱在不同生產(chǎn)工況下的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間和功率等參數(shù)，從而使該被測(cè)變速箱能夠獲得磨合的最佳效果，同時(shí)在此基礎(chǔ)上最大限度的提高磨合效率，因此是工業(yè)上的一個(gè)非常實(shí)用的工具，它對(duì)提高工業(yè)生產(chǎn)的效率以及節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間起到了非常舉足輕重的作用。變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案圖如下圖2.1：(1)運(yùn)行控制系統(tǒng)(2)系統(tǒng)控制面板(3)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸(5)待試驗(yàn)變速箱安裝支架(6)待試驗(yàn)變速箱(7)萬(wàn)向節(jié)(8)傳動(dòng)軸(9)系統(tǒng)基座(10)磁粉加載器(11)電流調(diào)節(jié)模塊圖2.1磨合試驗(yàn)臺(tái)方案圖在控制系統(tǒng)(1)外設(shè)置一塊控制面板(2)并且可以利用此面板控制PLC模塊和變頻器來調(diào)整驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速以及持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間以適應(yīng)不同需求的磨合工作，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)(3)的右側(cè)設(shè)置驅(qū)動(dòng)軸(4)用以為待實(shí)驗(yàn)變速器箱(6)提供持續(xù)穩(wěn)定的動(dòng)力來源，使得被實(shí)驗(yàn)的變速器箱能夠按照用戶需求持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，待實(shí)驗(yàn)的變速器箱(6)和傳動(dòng)系統(tǒng)軸(8)相互之間可以使用萬(wàn)向節(jié)(7)聯(lián)接，傳動(dòng)系統(tǒng)軸(8)和測(cè)功機(jī)(10)相互之間也使用同型號(hào)萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器(7)相連接，磁粉加載器(10)、變速器箱裝配支架(5)安置在系統(tǒng)基座(9)上，電流調(diào)節(jié)模塊(11)安置在系統(tǒng)基座(9)上并使用導(dǎo)線將其鏈接至磁粉加載器上借此調(diào)節(jié)模擬負(fù)載的大小，系統(tǒng)基座(9)則需要直接水平放置在地面上。其中待磨合的變速箱(6)的輸入軸應(yīng)該與驅(qū)動(dòng)軸(4)處于同心位置。除此之外，可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求來決定是否需要非標(biāo)定制使變速箱安裝支架(5)能夠在機(jī)座上自由移動(dòng)。變速箱試驗(yàn)臺(tái)方案總體設(shè)計(jì)變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)介紹方案示意圖如圖2.4所示：圖2.4測(cè)試方案圖首先需要打開電源，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使其能夠驅(qū)動(dòng)被測(cè)變速箱在正常工作轉(zhuǎn)速為-3000~+3000rpm（正反轉(zhuǎn)）的范圍內(nèi)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。通過控制系統(tǒng)以及自行設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面可以操控驅(qū)動(dòng)電機(jī)使得變速箱在指定范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到磨合效果。由于本課題的使用基座能夠調(diào)整方位，從而能夠按照實(shí)際需要選擇是否要在試驗(yàn)的變速器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸之間增加轉(zhuǎn)矩傳感器，而增加的轉(zhuǎn)矩傳感器也能夠直接串接至驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸后端，從而測(cè)量輸入變速器的輸出功率、扭矩和速度等。通過配置專門的轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x可以即時(shí)顯示測(cè)量參數(shù)。磁粉加載器放置在基座末端模擬加載負(fù)荷。磁粉加載器的基本原理是憑借某種特殊材料的合金粉末能夠在磁場(chǎng)中相互吸引并緊密相連的物理特性，使其能夠通過相互摩擦的方式形成強(qiáng)大的阻尼，從而可以實(shí)現(xiàn)模擬負(fù)載的使用效果。磁場(chǎng)強(qiáng)度和隨之產(chǎn)生的阻尼強(qiáng)度成正比。如果想要實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制磁粉加載器磁場(chǎng)強(qiáng)度的目的，我們通過增加或減小加載控制器的輸出激磁電流，借此就能夠控制磁粉加載器加載轉(zhuǎn)矩大小以達(dá)到模擬不同工況負(fù)載的使用效果，使變速箱的磨合效率更加貼近實(shí)際生產(chǎn)情況。由于磁粉加載器隨著磁粉的消耗，性能和精確度會(huì)逐步下滑，所以一般不適合長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)。硬件系統(tǒng)的選型驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型本課題中選用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)為永坤工業(yè)交流伺服電機(jī)130ST-M10015系列。圖2.5永坤工業(yè)交流伺服電機(jī)130ST-M10015該伺服電機(jī)的具體參數(shù)參數(shù)如下：表2.1130ST-M10015技術(shù)參數(shù)規(guī)格130ST-M100151額定功率額定線電壓額定線電流1.52206.0額定轉(zhuǎn)速1500額定力矩10峰值力矩25反電勢(shì)103力矩系數(shù)1.67轉(zhuǎn)子慣量重量電氣時(shí)間常數(shù)防護(hù)等級(jí)1.94×10-310.22.91lp65選用該型號(hào)的原因是其價(jià)格合理，且規(guī)格參數(shù)符合本課題所需。工控機(jī)選型工控機(jī)的全名為工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(IndustrialPersonalComputer，IPC)，是是指一類通過計(jì)算機(jī)總線架構(gòu)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)制造流程和機(jī)械設(shè)備、工藝裝置等實(shí)施監(jiān)測(cè)和管理的工具總稱。工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具備最主要的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)屬性和特點(diǎn)，即具有計(jì)算機(jī)的中心處理器、計(jì)算機(jī)內(nèi)存、硬盤、外設(shè)和端口等硬件設(shè)施，并且具備執(zhí)行操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計(jì)算技術(shù)和對(duì)使用者友好的人機(jī)界面等功能。工控行業(yè)的商品和工藝技術(shù)都十分獨(dú)特，屬于中間產(chǎn)業(yè)，是為其他各產(chǎn)業(yè)提供簡(jiǎn)單可靠、嵌入式、半自動(dòng)化服務(wù)的工業(yè)生產(chǎn)電子計(jì)算機(jī)。而工控機(jī)則主要是相對(duì)于商務(wù)計(jì)算機(jī)而言的一種稱呼。主要功能是對(duì)制造流程及機(jī)械設(shè)備、工藝裝置實(shí)施監(jiān)測(cè)和管理?，F(xiàn)如今，工控機(jī)的便攜性也越來越受到用戶和生產(chǎn)廠家的重視。本課題選擇的工控機(jī)型號(hào)為研凌N3四核J1900系列，選擇的原因主要是由于其豐富的接口以及優(yōu)良的性價(jià)比，該型號(hào)屬于微型工控機(jī)，小巧但是其接口相當(dāng)豐富，符合本課題的基本需求。除此之外，該款工控機(jī)還擁有低噪聲、高效率、使用壽命長(zhǎng)以及精度高等優(yōu)點(diǎn)。圖2.6研凌N3四核J1900該型號(hào)工控機(jī)的具體參數(shù)如下表2.2所示：表2.2PDH090技術(shù)參數(shù)規(guī)格PDH091級(jí)數(shù)減速比額定輸出力矩16150NM額定輸入轉(zhuǎn)速4000RPM最大輸入轉(zhuǎn)速8000RPM超精密背隙<1（arcmin）精密背隙<3（arcmin）標(biāo)準(zhǔn)背隙<5（arcmin）扭轉(zhuǎn)剛性容許徑向力容許徑向力F1容許徑向力F2使用壽命效率重量14（Nm/arcmin）3250N1300N1625N20000*（hr）>97%3.7Kg噪音值<60(dB)PLC通訊模塊選型PLC的全名也叫做可程序邏輯控制器，因?yàn)檫@是一個(gè)專為在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境條件下使用而產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)值計(jì)算監(jiān)控電子管理系統(tǒng)。它使用了一個(gè)可編程的寄存器管理系統(tǒng)，在其里面能夠儲(chǔ)存進(jìn)行邏輯運(yùn)算、序列管理、定時(shí)器、計(jì)量和算術(shù)運(yùn)算等動(dòng)作的指令信息，并使用了數(shù)字型或類比式的輸入輸出，來調(diào)控各種各樣的機(jī)器產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造流程。我在本課題的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所采用的是由德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC，其實(shí)我也有許多其他更好的選擇，不過結(jié)合價(jià)格成本等因素，我還是選擇了西門子公司生產(chǎn)的S7-200。S7-200是一款小巧的可編程序控制臺(tái)，應(yīng)用在各行各業(yè)，不同場(chǎng)景中的檢查、監(jiān)視和管理的智能化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其不論是在相連成網(wǎng)亦或是單獨(dú)運(yùn)行時(shí)均可以能夠完成復(fù)雜情況的控制功用。除此之外，S7-200系列的產(chǎn)品都擁有極高的性價(jià)比且依舊能保持較高的產(chǎn)品質(zhì)量，這也是我選擇該型號(hào)的主要原因。西門子S7-200PLC具有以下特點(diǎn)：極高的可靠性。極豐富的指令集。易于掌握。便捷的操作。豐富的內(nèi)置集成功能。實(shí)時(shí)特性。強(qiáng)勁的通訊能力。豐富的擴(kuò)展模塊西門子PLCS7-200編程軟件支持新款CP243-1。西門子PLCS7-200的程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離編程、檢測(cè)以及數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)也能實(shí)現(xiàn)控制的功能。S7-200系列在控制臺(tái)的功能中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了ProfibusFMS和LONWorks和ProfibusDPMaster/Slave?？梢酝ㄟ^使用網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。S7-200可以通過保存它的HTML頁(yè)面、圖像和PDF等內(nèi)容在控制器里，以供用戶瀏覽器查看擴(kuò)展操作的系統(tǒng)功能。圖2.7西門子S7-200PLC變頻器選型本課題需要通過使用西門子S7-200PLC控制變頻器，再通過變頻器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速以滿足變速箱磨合的不同需求，達(dá)到最佳的磨合效果。我選擇的是三科SKI600系列變頻器，杭州三科變頻器廣泛應(yīng)用于各種三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)頻實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速、節(jié)能環(huán)保、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高生產(chǎn)效率等功能，且價(jià)格較為合理，這也是我選擇該型號(hào)的主要原因，除此之外，該型號(hào)還具有如下特點(diǎn)：可以電機(jī)瞬間啟動(dòng)電流翻倍，增大加裝變頻器后，電機(jī)啟動(dòng)瞬間不會(huì)電流瞬間增大不僅節(jié)省成本，還能讓電機(jī)壽命更長(zhǎng)?？赏ㄟ^改變頻率，讓電機(jī)的轉(zhuǎn)速可控。可以控制正反轉(zhuǎn)，過變頻器可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的設(shè)置，非常適合本課題的實(shí)際需求。擁有多種保護(hù)電機(jī)的措施，在安全加裝變頻器后，可以對(duì)電機(jī)起到缺相保護(hù)，過載保護(hù)堵轉(zhuǎn)保護(hù)，過壓保護(hù)等，讓電機(jī)能夠一直處在安全的環(huán)境中，避免產(chǎn)生生產(chǎn)安全事故。圖2.8三科SKI600系列變頻器組態(tài)軟件選型組態(tài)軟件的定義是指一類數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，我們也可以理解它為在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境的總成，該類軟件具有能夠讀寫不同種類的PLC、并且將其以非常直觀的圖形的方式呈現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景中的實(shí)況信息、對(duì)從控制系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)等諸多功能。簡(jiǎn)而言之，該組態(tài)軟件的主要功能就是監(jiān)視設(shè)備的工作狀態(tài)，與此同時(shí)還能下達(dá)指令控制其他的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。我在本課題中選用的是昆侖通態(tài)公司旗下的MCGS組態(tài)軟件，MCGS廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景、強(qiáng)大的功能以及簡(jiǎn)潔的界面是我選擇它的原因。MCGS的中文全名為"監(jiān)視與管理通用系統(tǒng)"。MCGS軟件是一款專門為過程管理和信息監(jiān)控領(lǐng)域服務(wù)而開發(fā)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，擁有功能齊全、可視性好、運(yùn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。MCGS嵌入式系統(tǒng)組態(tài)軟件組態(tài)的其中一個(gè)主要工作，便是用簡(jiǎn)單生動(dòng)的人機(jī)交互系統(tǒng)用戶界面、真實(shí)的動(dòng)畫效果來描繪實(shí)際工程問題。在應(yīng)用窗口中進(jìn)行對(duì)多種繪圖對(duì)象的組態(tài)設(shè)定，以及透過設(shè)定相關(guān)的動(dòng)畫連接來實(shí)現(xiàn)用畫面直接反映工業(yè)控制的流程。我選用該款軟件的主要原因是由于它和本課題選用的PLC兼容，網(wǎng)上的相關(guān)教程也非常多，便于我學(xué)習(xí)，并且它是一款免費(fèi)軟件，非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用。試驗(yàn)臺(tái)機(jī)座選型本課題選擇的機(jī)座是由金石噴油泵公司生產(chǎn)的CR815全功能試驗(yàn)臺(tái)。選擇該試驗(yàn)臺(tái)的原因是該公司可根據(jù)客戶等需求定制和開發(fā)不同和應(yīng)用程序，支持非標(biāo)定制，且價(jià)格相對(duì)合理。該機(jī)座參數(shù)如表2.2所示。表2.3PDH090技術(shù)參數(shù)參數(shù)參數(shù)規(guī)格輸出功率7.5KW，11KW可選可選輸入電壓三相380V，三相220V可選電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍0-4000RPM工作壓力調(diào)節(jié)范圍0-2000bar溫度控制范圍40+-2溫度冷卻方式風(fēng)冷或強(qiáng)制制冷可選包裝尺寸1500*1200*1000重量500kg流量測(cè)量精度0.1ml顯示屏選型工業(yè)觸摸屏，是指利用接觸式工業(yè)顯示屏將人與機(jī)械設(shè)備連為一體的工業(yè)生產(chǎn)智能用戶界面。它是取代了傳統(tǒng)機(jī)械操作按鍵與指示燈的工業(yè)生產(chǎn)智能控制顯示終端。它能通過設(shè)定參數(shù)，屏幕上顯示數(shù)值，并監(jiān)視機(jī)械設(shè)備狀況，以曲線/動(dòng)畫等多種形式展示工業(yè)生產(chǎn)智能操作流程。更簡(jiǎn)單、快速、表現(xiàn)力更強(qiáng)，并可簡(jiǎn)化為PLC的控制程序，而功能更強(qiáng)大的觸控式創(chuàng)造了更加良好的人機(jī)界面。而接觸屏則作為一個(gè)獨(dú)特的電腦外設(shè)，也是目前最為簡(jiǎn)潔、便捷、天然的一個(gè)人機(jī)交互方法。它也給與了多媒體教學(xué)裝置以嶄新的形象，是富有教育魅力的新型多媒體技術(shù)交互式裝備。為了達(dá)到可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提示和報(bào)警等多種功能能人機(jī)操作界面，同時(shí)方便用戶直接在顯示界面進(jìn)行操作。經(jīng)過仔細(xì)比對(duì)，我在本課題中選擇地觸摸屏是昆侖通態(tài)的觸摸屏TPC1061ti。它是一個(gè)以Cortex-A8CPU為內(nèi)核(主頻600MHz)的嵌合式一體化接觸屏。該產(chǎn)品采用了大小為7英寸的TFT液晶顯示屏(清晰度800×480)，該型號(hào)為四線電阻式觸摸屏(清晰度4096×4096)。并且還預(yù)裝了昆侖通態(tài)公司研發(fā)的MCGS嵌入式組態(tài)軟件，該軟件具有超強(qiáng)的圖形展示能力以及信息處理功能。選用該型號(hào)的主要原因就是其預(yù)裝了控制系統(tǒng)需要用到的MCGS組態(tài)軟件，兼容性相當(dāng)高，無(wú)需再次安裝，簡(jiǎn)單快捷。圖2.9昆侖通態(tài)觸摸屏TPC1061該型號(hào)的技術(shù)參數(shù)如下表2.3所示：表2.3昆侖通態(tài)觸摸屏TPC1061技術(shù)參數(shù)參數(shù)參數(shù)規(guī)格電腦型號(hào)TPC1061（7寸）機(jī)箱顏色灰色（顏色可根據(jù)客戶要求定制）機(jī)箱材質(zhì)采用全鋁合金機(jī)殼處理器Cortex-A8CPU核心（主頻600MHz）芯片組英特爾CPU集成芯片觸摸屏參數(shù)電阻式高靈敏觸摸屏(單點(diǎn)觸摸)，壽命可達(dá)5000萬(wàn)次以上供電電源DC12V（可選DC9~36V輸入）工作溫度-10℃~+50℃產(chǎn)品尺寸365*290*55mm顯示接口1個(gè)VGA，1個(gè)HDMI，1個(gè)LVDS接口；（支持同步/異步雙顯）存儲(chǔ)空間支持1個(gè)MSATA，1個(gè)2.5寸硬盤位BIOS64MbFlashROM轉(zhuǎn)矩測(cè)功機(jī)選型本課題所使用的是由上海實(shí)干廠家設(shè)計(jì)制造的SGDN系列馬達(dá)扭矩檢測(cè)儀，它是專門為了測(cè)量和檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款智能化測(cè)量?jī)x表。該款轉(zhuǎn)矩測(cè)功機(jī)可以專門用來測(cè)量電機(jī)，減速機(jī)所輸出的轉(zhuǎn)矩，以及輸出功率的精密測(cè)量裝置，可以應(yīng)用在機(jī)械制造，科研結(jié)構(gòu)工程等行業(yè)中。該加載裝置的主要特性包括:信號(hào)輸出波形方波幅度可選5V/12V兩種選型。在測(cè)功機(jī)通電之后可以無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱操作，直接投入使用，大幅度提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率。在檢測(cè)過程中有非常強(qiáng)的抗干擾能力，所以測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度極高?？扇我馕恢?，任意方向安裝。不需要反復(fù)調(diào)零操作就可以連續(xù)測(cè)量反扭矩的數(shù)值?？梢詡鬏斀古ぞ?、旋轉(zhuǎn)扭矩、靜態(tài)扭矩等信號(hào)。能源及信號(hào)通過非接觸式傳遞，傳遞信號(hào)時(shí)與是否旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向無(wú)關(guān)。傳感器可脫離二次儀表立使用，只要按需供電即可輸出阻抗與扭矩

成比的等方波或脈沖波頻率信號(hào)；或者電壓、電流信號(hào)。由于變壓器感應(yīng)供電，且沒有集流環(huán)等磨損件，故可以高轉(zhuǎn)速長(zhǎng)期工作，應(yīng)用于電機(jī)、發(fā)電機(jī)、減速機(jī)、柴油機(jī)的扭矩監(jiān)測(cè)。、可測(cè)量被測(cè)機(jī)械設(shè)備輸入及輸出端的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及功率等變量。由于其優(yōu)良的性價(jià)比以及出色的性能表現(xiàn)，非常符合本課題選型的需求，所以我決定選擇該型號(hào)的測(cè)功機(jī)。圖2.10SGDN系列馬達(dá)扭力測(cè)試儀磁粉制動(dòng)器選型

本課題選用的磁粉加載器為YOSEEN嚴(yán)新YS-B3-0.6KG磁粉制動(dòng)器，嚴(yán)新YS-B3-0.6KG磁粉離合器特點(diǎn)為高線性，高精度轉(zhuǎn)矩控制運(yùn)行平穩(wěn)。擁有在啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)狀態(tài)下無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)。磁粉制動(dòng)器利用電磁原理，因?yàn)樘厥饨饘俜勰┊a(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和激勵(lì)電流成正相關(guān)，所以我們只需要采用增大或減小激磁電流之大小的方法，就能控制和調(diào)節(jié)磁粉制動(dòng)器模擬的轉(zhuǎn)矩。通常情況下，該線性關(guān)系一般存在于5%~100%的額定范圍之內(nèi)，磁粉制動(dòng)器之所以能夠穩(wěn)定地傳達(dá)恒定之轉(zhuǎn)矩，得利于其靜力矩和動(dòng)力矩?zé)o明顯差別的特性。依靠此特性，可以精確控制張力的大小，實(shí)際的操作非常簡(jiǎn)便。磁粉加載器的功能如下：轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)范圍很寬，準(zhǔn)確度高，轉(zhuǎn)矩大小和激勵(lì)電流線性關(guān)系明確，便于控制。該設(shè)備的使用壽命長(zhǎng)，適用性廣泛，設(shè)備的材料采用超合金磁粉，具有耐高溫，耐磨損，耐腐蝕等特點(diǎn)，品質(zhì)優(yōu)良。由于每個(gè)磁粉之間都擁有能使其相互安定的結(jié)合力，該特性與相對(duì)回轉(zhuǎn)數(shù)沒無(wú)關(guān)，擁有非常穩(wěn)定的滑動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能持久保持轉(zhuǎn)矩恒定。散熱效果優(yōu)良而且采用熱變形均勻的冷卻結(jié)構(gòu)，再加上磁粉的耐高溫性，允許連結(jié)與制動(dòng)功率及滑動(dòng)功率大，能夠進(jìn)行圓滑的滑動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)并且不會(huì)引起震動(dòng)。阻力轉(zhuǎn)矩小，溫度變化幅度小，連接處經(jīng)過圓滑處理，啟停時(shí)無(wú)沖擊影響。應(yīng)答敏捷快速及其特殊的散熱結(jié)構(gòu)，非常適合高頻度運(yùn)轉(zhuǎn)使用。它的外觀簡(jiǎn)潔美觀，重量輕，設(shè)備中的電樞也經(jīng)過特殊處理，還配置了特殊的線圈和包裹油脂的軸承，使它的使用壽命能夠大大延長(zhǎng)。圖2.8YOSEEN嚴(yán)新YS-B3-0.6KG磁粉制動(dòng)器萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器選型本課題選用的聯(lián)軸器為榮航重工生產(chǎn)的6000系列可伸縮十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器，選用的原因是性價(jià)比高，除此之外該型號(hào)聯(lián)軸器間隙小，扭矩大以及轉(zhuǎn)速范圍大也是選擇它的主要原因。且該廠家支持非標(biāo)定制，可以根據(jù)本課題的需求定制型號(hào)。本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是對(duì)磨合試驗(yàn)臺(tái)工作原理的闡述，說明它的各組成部分，并且根據(jù)需求選擇合適的硬件型號(hào)和生產(chǎn)廠家，例如磁粉加載器、伺服電機(jī)、變頻器以及萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器的選型等，在最終確定變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)的方案之前，我們還需要結(jié)合實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)需求確定各型號(hào)的參數(shù)是否符合。在我看來，各設(shè)備的選型是本課題的非常重要的一部分，因?yàn)榧纫筮x型合適，又要求控制成本是一件非常困難的事。在此過程中，我在網(wǎng)上調(diào)查了各設(shè)備現(xiàn)如今的大致行情價(jià)格，精挑細(xì)選出了符合我課題所需的型號(hào)，這對(duì)我來說是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，因?yàn)槲抑皬奈搓P(guān)注過這類硬件的型號(hào)和價(jià)格還有參數(shù)，在挑選的過程中，我對(duì)現(xiàn)在工業(yè)設(shè)備在市場(chǎng)上的行情有了一個(gè)初步的認(rèn)知，這對(duì)我之后的實(shí)際工作有深遠(yuǎn)的影響。變速箱試驗(yàn)臺(tái)控制模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制模塊系統(tǒng)功能分析本課題中需要使用控制模塊來實(shí)現(xiàn)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速，借此來使得變速箱獲得最好的磨合效果，所以該實(shí)驗(yàn)中的控制模塊也是整個(gè)課題中的重中之重。調(diào)速系統(tǒng)具有快速響應(yīng)、穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。在冶金、機(jī)械、石油提煉以及國(guó)防生產(chǎn)等科研以及生產(chǎn)領(lǐng)域中，都具有不可或缺的作用。調(diào)速控制由于其復(fù)雜的工藝和技術(shù)要求，需要更加完善的控制方面理論基礎(chǔ)和技術(shù)水平。本次課題中所提到的變頻調(diào)速技術(shù)現(xiàn)如今已經(jīng)被認(rèn)為是工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中最高效、最有競(jìng)爭(zhēng)力的調(diào)速方式之一，通過變頻器構(gòu)建調(diào)速系統(tǒng)不但可以提高生產(chǎn)效率、改善生產(chǎn)自動(dòng)化程度，除此之外還能降低環(huán)境污染、降低成本從而提升生產(chǎn)效益。其中本課題中需要用到昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件，所謂組態(tài)軟件簡(jiǎn)而言之就是配置軟件。就是通過現(xiàn)有圖標(biāo)搭建組合成為一個(gè)控制系統(tǒng)，將功能模塊化。和搭積木是一個(gè)道理，等搭建完成后，再來配置他們之間的關(guān)系和各個(gè)積木塊的數(shù)據(jù)配置，最后下載倒入終端。在組態(tài)軟件誕生之前，程序編寫不僅耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，而且非常容易發(fā)生意料之外的錯(cuò)誤。最后導(dǎo)致工期延長(zhǎng)。但是現(xiàn)在這些問題都隨著組態(tài)軟件的誕生一一被解決。之前幾個(gè)月甚至好幾年的工程，如今只需要幾天的工期就可以按時(shí)完成?，F(xiàn)在市面上的組態(tài)軟件也多種多樣，例如組態(tài)王、威綸通、博途V15以及MCGS等等，他們各有各的功能和優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過我細(xì)致的比對(duì)，我決定選用MCGS組態(tài)軟件，昆侖通態(tài)在中國(guó)是一家非常有影響力的專注于硬件和軟件開發(fā)的研發(fā)公司，它旗下的MCGS軟件術(shù)也得到了用戶的青睞；西門子S7-200系列PLC憑借其可靠、小巧靈活、使用壽命長(zhǎng)以及操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，廣泛用于工業(yè)設(shè)備的控制以及測(cè)試數(shù)據(jù)的采集等用途；通過組態(tài)軟件，用戶可自由使用軟件里的工具實(shí)現(xiàn)不同的功能，比如遠(yuǎn)程調(diào)速控制和顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速等，用戶設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面可以更加簡(jiǎn)單直觀地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或控制設(shè)備運(yùn)作。本課題中的控制模塊基于PLC和變頻器可以構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的速度控制系統(tǒng)。可以過西門子S7-200PLC控制變頻調(diào)速器，再通過變頻器控制電機(jī)帶動(dòng)待試驗(yàn)變速箱正反轉(zhuǎn)以及啟停。該系統(tǒng)必須具備控制運(yùn)算、執(zhí)行以及反饋三個(gè)部分?？刂七\(yùn)算部分主要包括PLC、執(zhí)行部分主要包括驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)和變頻器；反饋部分主要依靠的是速度反饋。具體流程如下圖3.1所示：圖3.1控制模塊總體框圖觸摸屏控制設(shè)計(jì)本此設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為昆侖通態(tài)觸摸屏TPC1061，在計(jì)算機(jī)上通過組態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)各個(gè)控制的說明及報(bào)警畫面還有各類按鈕，將其下載到昆侖通態(tài)觸摸屏后，再通過與PLC之間的通信來完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的起停、正反轉(zhuǎn)及速度的控制操作。昆侖通態(tài)觸摸屏與PLC之間則需要通過通信電纜連接來顯示內(nèi)容。硬件組態(tài)我在本課題的設(shè)計(jì)中所采用的昆侖通態(tài)公司旗下的MCGS組態(tài)軟件，這是一種使用個(gè)人計(jì)算機(jī)服務(wù)器硬件、并執(zhí)行于windows平臺(tái)上的一套組態(tài)應(yīng)用軟件，它主要由開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境所兩部分組合而成，其中前者是應(yīng)用程式的整體開發(fā)環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中可以進(jìn)行變量的定義以及人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)等工作，并去具備了先進(jìn)科學(xué)完備的圖表制作功用；變量則具備各種類型，能夠科學(xué)合理的抽象出對(duì)象的特征，從而可以進(jìn)行對(duì)各種數(shù)據(jù)信息的報(bào)警、走勢(shì)曲線、流程錄入、安全預(yù)警等關(guān)鍵功用，故而其擁有非常簡(jiǎn)便的操作流程。組態(tài)化工作環(huán)境，主要應(yīng)用在顯示畫面設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)中所創(chuàng)建的繪圖畫面，主要的任務(wù)是完成系統(tǒng)軟件和PLC間的數(shù)據(jù)信息交流，即時(shí)更改變量的統(tǒng)計(jì)信息，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了告警提示、記錄查看、趨勢(shì)曲線觀察等多項(xiàng)功能，可產(chǎn)生歷史數(shù)據(jù)文件以供用戶瀏覽。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如下：（1）在安裝有昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)桌面上上雙擊打開該軟件的快捷方式并新建一個(gè)項(xiàng)目。利用組態(tài)軟件提供的繪圖工具設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)交互操作界面。（2）在昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件中可以建立實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)，用以實(shí)現(xiàn)MCGS與PLC之間的數(shù)據(jù)交換。（3）建立昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件與PLC之間通信連接，利用通信電纜連接PLC和PC機(jī)。組態(tài)軟件的設(shè)備窗口中加入通用串口父設(shè)備及西門子S7-200plc。各設(shè)備之間的連接MCGS組態(tài)軟件通過它特有的設(shè)備窗口來建立和其他外部設(shè)備的通信傳輸協(xié)議。既可以傳輸數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)至外部設(shè)備，也可以將外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)上傳至它的數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，通過此方法不僅能控制外部的設(shè)備系統(tǒng)，同時(shí)還能控制內(nèi)部的系統(tǒng)運(yùn)行。需要注意的是處在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的設(shè)備窗口將對(duì)用戶隱藏。在實(shí)際使用之前，我們需要讓運(yùn)行系統(tǒng)在模擬設(shè)備里進(jìn)行預(yù)先的模擬調(diào)試。首先我們需要在設(shè)備窗口中點(diǎn)擊工具箱圖標(biāo)添加模擬設(shè)備，可以使剛才定義的數(shù)據(jù)庫(kù)變量進(jìn)行一個(gè)模擬量的變化，實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)行的功能。其后我們需要在軟件界面中實(shí)現(xiàn)運(yùn)行報(bào)警和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化的顯示功能，每個(gè)模擬器都有一定數(shù)量的通道，內(nèi)部屬性需要提前進(jìn)行設(shè)置，其中包括曲線類型、數(shù)據(jù)類型、最大值、最小值、周期等參數(shù)，如圖3.2所示。內(nèi)部屬性與同道連接的名字要一一對(duì)應(yīng)，如：內(nèi)部屬性內(nèi)的通道1對(duì)應(yīng)連接通道中的通道0。在連接變量中按順序分別選擇相對(duì)應(yīng)的變量。在完成以上步驟之后，我們將進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試，在調(diào)試過程中，用戶能夠直接看到各個(gè)通道傳輸回來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。具體如圖3.3所示：圖3.2內(nèi)部屬性的設(shè)置圖3.3模擬設(shè)備通道與連接變量的連接人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面(HumanMachineInteraction，簡(jiǎn)稱HMI)，又簡(jiǎn)寫作用戶界面和使用者頁(yè)面，是指人和電腦相互之間傳送、交流訊息的用戶界面，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要組成部分。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與用戶中間實(shí)現(xiàn)人類與計(jì)算機(jī)對(duì)話與信息交流的主要途徑，它可以完成信息系統(tǒng)的內(nèi)容形態(tài)和人們可以接觸形態(tài)相互之間的過渡。凡參與人機(jī)信息互動(dòng)的領(lǐng)域，均存在著不同種類的人機(jī)界面。簡(jiǎn)單來說，就是在軟件中設(shè)置不同類型的按鈕來使工程師能夠通過這些按鈕操縱機(jī)器的工作狀況。在本課題的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)中，我們可以根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的實(shí)際需求來創(chuàng)建不同樣式的用戶窗口界面，首先我們需要用戶窗口首頁(yè)先新建一個(gè)“變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)”的用戶窗口，進(jìn)入窗口界面之后，通過繪圖工具設(shè)計(jì)和繪制不同的按鈕以滿足該界面不同的功能需求。本試驗(yàn)臺(tái)窗口系統(tǒng)具有以下功能：指示燈顯示電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，提醒用戶當(dāng)前的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，避免危險(xiǎn)情況發(fā)生；速度控制區(qū)能顯示轉(zhuǎn)速及效率，可實(shí)時(shí)觀察到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況；可以在此窗口直接控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)或停止，還能直接選擇轉(zhuǎn)速，簡(jiǎn)單快捷，便于工作人員操作；我為結(jié)合本課題所需設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面如下圖所示：圖3.4控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面示意圖該人機(jī)交互界面可以讓工作人員通過按下界面中的各按鈕來方便快捷的操控本變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力系統(tǒng)。通過“正轉(zhuǎn)啟動(dòng)”和“反轉(zhuǎn)啟動(dòng)”兩個(gè)按鈕不僅可以啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而且也能讓電機(jī)正反轉(zhuǎn)來達(dá)到不同的磨合需求，增減速按鈕可以加快或減慢驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，當(dāng)前速度也可以通過界面中的螺旋槳旋轉(zhuǎn)速度直觀反映給用戶。除此之外，我還加入了更加清晰的指示畫面，通過八張不同角度的螺旋槳圖片的交替可以達(dá)到演示電機(jī)正反轉(zhuǎn)的效果，該功能的邏輯程序如下圖所示：圖3.5命令語(yǔ)言程序圖以上就是人機(jī)交互界面的基本設(shè)計(jì)流程，配套的TPC1061Ti觸摸屏上可以直接運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，無(wú)需再次安裝，這樣就完成了一個(gè)可以模擬變速箱運(yùn)轉(zhuǎn)工況的控制系統(tǒng)，它可以模擬變速器在不同工況下的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率以及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間從而使變速箱獲得磨合的最佳效果，同時(shí)在此基礎(chǔ)上最大限度的提高磨合效率。我設(shè)計(jì)的這樣一個(gè)人機(jī)互動(dòng)界面，也可以讓用戶可以更加直觀，便捷的操作整個(gè)控制系統(tǒng)，從而提高生產(chǎn)效率。本章小結(jié)本章節(jié)的主要任務(wù)和難點(diǎn)是通過使用昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)出一套能夠?qū)崿F(xiàn)可控轉(zhuǎn)速和啟停的變速器磨合控制系統(tǒng)，能夠在人機(jī)交互界面操控驅(qū)動(dòng)電機(jī)的起保停以及增減驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速使變速箱能夠達(dá)到良好的磨合效果。本章節(jié)的難點(diǎn)主要是各設(shè)備的組態(tài)、通道的建立、以及人機(jī)交互界面的總體設(shè)計(jì)等，尤其是人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)，必須要讓用戶的操作通過該界面變得更加簡(jiǎn)單直接，這就要求我要考慮用戶的實(shí)際需求。在這段時(shí)間里，我自學(xué)了MCGS組態(tài)軟件的使用方法以及交互界面的創(chuàng)立，我認(rèn)為最復(fù)雜的就是如何把程序和交互界面相連接的問題，在通過觀看網(wǎng)絡(luò)視頻教程自學(xué)了很長(zhǎng)一段時(shí)間后，終于獲得了突破，這種成就感才是學(xué)習(xí)的樂趣所在，這讓我更加有自信來學(xué)習(xí)之后的內(nèi)容。變速箱磨合試驗(yàn)臺(tái)西門子S7-200PLC控制軟件設(shè)計(jì)西門子S7-200系列PLC的軟件特點(diǎn)西門子PLCS7-200系列在性能上，硬件配置和軟件組態(tài)方面相較于之前推出的產(chǎn)品均有所提升，并且已經(jīng)得到了廣大使用者的普遍青睞。在實(shí)際的工程項(xiàng)目中，客戶越來越多地選擇S7-200系列PLC，在各個(gè)工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)S7-200系列都有不凡的表現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，很多使用者都會(huì)傾向于使用S7-200系列PLC的通訊功能，S7-200可以實(shí)現(xiàn)CPU，程序編寫設(shè)備，電子觸摸屏之間的多種設(shè)備通訊。PLC經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)獲得了市場(chǎng)的廣泛青睞，PLC的控制覆蓋了依靠自動(dòng)化控制的工業(yè)及民用生產(chǎn)領(lǐng)域，其中包括機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施以及各類機(jī)床等。民用工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域例如中央空調(diào)工程、電梯運(yùn)行控制、印刷機(jī)械等也十分依靠PLC的智能化控制。西門子S7-200系列軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本軟件系統(tǒng)的主要目的是通過編寫PLC控制程序，使得PLC能夠控制變頻器傳輸?shù)津?qū)動(dòng)電機(jī)的信號(hào)從而改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及功率等。建立MCGS組態(tài)軟件與PLC的通信協(xié)議，通過兩者之間的通道實(shí)現(xiàn)信號(hào)和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，進(jìn)而達(dá)到變速箱磨合的效果。PLC控制程序編寫本控制系統(tǒng)主要是通過開環(huán)控制的方法來調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和啟停，在進(jìn)行程序編寫的時(shí)候可以包括如下三個(gè)部分：軟件主程序、中斷程序和子程序。其中主程序主要是用來啟動(dòng)中斷程序以及控制量的輸入和輸出，中斷程序主要負(fù)責(zé)調(diào)用PID指令進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算以及數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換等。子程序主要用來設(shè)置PID控制的參數(shù)。具體的PLC程序如下圖所示：圖4.1主程序圖圖4.2中斷程序圖圖4.3子程序圖S7-200PLC與MCGS組態(tài)軟件之間通訊協(xié)議的建立本課題設(shè)計(jì)的軟件需要通過RS458通訊接口達(dá)成建立S7-200PLC與MCGS組態(tài)軟件的通訊協(xié)議通道的目的，因此我們需要同時(shí)完成對(duì)PLC內(nèi)部接口以及MCGS組態(tài)軟件的設(shè)備內(nèi)部通道的設(shè)置，使采集到的數(shù)據(jù)可以能夠?qū)崟r(shí)的傳輸?shù)組CGS組態(tài)軟件上，再顯示在與MCGS配套的昆侖通態(tài)TPC10661Ti的觸摸屏上，進(jìn)而讓用戶能夠簡(jiǎn)單直接地觀測(cè)和控制系統(tǒng)的運(yùn)行?？刂频幕玖鞒倘缦聢D4.4所示：圖4.4軟件設(shè)計(jì)與連接流程圖MCGSTPC與PLC的硬件連接S7-200PLC的通訊端口為RS485，我們通過電纜線將西門子S7-200PLC連接至昆侖通態(tài)MCGSTPC的com2（RS485）通訊端口。具體連接方法如下：（1）首先用PC/PPI電纜線通過RS485轉(zhuǎn)換器箱連接，RS-485的A正極和B負(fù)極分別與PLC編程口3正極8負(fù)極相連接；（2）TPC觸摸屏的RS-485接口的A正極B負(fù)極與PLC編程口3正極8負(fù)極相連接；連接示意圖如下圖4.5所示：圖4.5硬件連接示意圖PLC通訊參數(shù)設(shè)置西門子S7-200PLC的參數(shù)可以通過西門子研發(fā)的軟件Step7Micro/WIN來設(shè)置，具體設(shè)置方法如下：（1）首先連接PLCS7-200及PPI電纜，并使得PLC通電，然后雙擊運(yùn)行Step7Micro/WIN軟件；（2）左鍵單擊“設(shè)置PG/PC接口”選項(xiàng)，進(jìn)入設(shè)置窗口，之后根據(jù)串口的PPI電纜在本地連接屬性選擇與之相對(duì)應(yīng)的COM接口，如下圖4.6所示：圖4.6PG/PC接口設(shè)置（3）鼠標(biāo)左鍵“通信”菜單欄，雙擊刷新可以顯示所連接的PLC信息，選中后點(diǎn)擊確認(rèn)；（4）通訊接口的參數(shù)設(shè)置：通過單擊命令樹中通信文件夾里提供的通訊接口，可以設(shè)定P