汽车变速器试验台监控系统设计

年报表， 并可对其进行打
印。
２．２ 监控系统软件功能
监控系统主要实现试
验中的加载控制、 试验参
数设置、 试验数据的采集
以及故障报警等功能。 根
据试验过程和系统的要求
进行软件设计， 软件程序
框图如图 ５ 所示。 试验可
选择手动方式和自动方
式， 这两种工作方式互不
影响。 选择自动方式后，设
置实验参数， 根据对试验
通过参数的设定而构成所需的速度 ／ 扭矩曲线的。 现要设定如图
６ 所示的速度曲线， 则应在监控软件的自动运行参数界面中设
定如下：
１）设定程序号为 ＴＣ１；
２）步骤和驱动轴参数设定如表 １；
３）程序公式设定为 ＴＣ１。
图 ４ 自动运行参数设定界面 ２）计测界面：当系统运转开始后，数据的采集和归档即已启 动并开始记录，通过实物图、趋势图、棒图和表格形式显示出来， 用户根据需要可随时查看记录。 ３）报警界面：可对计测值报警上下限、停止上下 限 进 行 设 定 ，同 时 显 示 所 有 ＰＬＣ 站 的 故 障 报 警 信 息 ，显 示 的 故 障 报 警 信 息可选择，单击不同 的 ＰＬＣ 站 按 钮 ，就 显 示 对 应 的 ＰＬＣ 站 的 报 警信息。 ４）报 表 界 面 ：可 以 查 询 、浏 览 不 同 时 间 的 日 报 表 、月 报 表 和
图 １ 试验台构成图 根据要求， 汽车变速器试验台的运行方式应分为自动和手 动两种运行方式，在手动运行方式下，可实现电动机的速度 ／ 扭 矩按输入的参数随时改变；在自动运行方式下，可实现电动机按
设定的速度 ／ 扭矩曲线运转，并能实现相关数据的远程采集及系
统的历史趋势和报警记录。
１．２ 控制系统概述
监控系统采用“集中监测、分散控制”的设计思想，系统采用
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汽车变速器试验台监控系统设计*
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｔｅｓｔ Ｂｅｄ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
臧怀泉 邵彦山 刘徽波 （燕山大学西校区电院工业计算机控制工程河北省重点实验室，河北 秦皇岛 ０６６００４）
１）上 位 机 ：采 用 研 华 工
控机， 配备有西门子公司的
ＣＰ５６１１ Ｐｒｏｆｉｂｕｓ 通 信 卡 ，
同时配备有 Ｄ－Ｌｉｎｋ１０ ／ １００Ｍ
自适应的网卡。 ２）系统总线：采用 Ｐｒｏ－
图 ２ 控制系统结构图
ｆｉｂｕｓ－ＤＰ 实 现 监 控 计 算 机 和 所 有 现 场 ＰＬＣ 控 制 站 的 通 信 ，其
传输速率最高可达 １２Ｍｂｐｓ， 传输介质采用西门子 公 司 生 产 的
Ｐｒｏｆｉｂｕｓ 网络电缆（屏蔽双绞线）。
３）ＰＬＣ 控 制 站 ：ＰＬＣ 控 制 站 采 用 西 门 子 的 ＰＬＣ－Ｓ７３００，
Ｓ７３００ 是 适 应 性 较 强 的 模 块 化 ＰＬＣ 系 统 ，组 态 灵 活 ，易 于 实 现
ＰＣ＋ＰＬＣ 分 级 分 布 式 控 制 形 式 ，ＰＬＣ 控 制 站 通 过 本 站 电 气 柜 和
仪表箱完成对现场电气设备和仪表的控制， 而中心监控计测计
算机则监控 ＰＬＣ 站的设备和仪表运行状态。
采 用 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 现 场
总线的汽车变速器试验台控
制系统如图 ２ 所示， 其主要
组成部分如下：
监控系统开发过程中的关键技术和难点主要有：
自动运行时速度 ／ 扭矩曲线的实现。 系统分为手动与自动运
行两种运行模式，手动运行时电机转速 ／ 扭矩随着输入参数变化
而变化，自动运行时电机转速 ／ 扭矩随输入参数构成的曲线而运
转，因此如何通过参数的设定而构成所需的速度 ／ 扭矩曲线就成
为了难点。
本文以自动运行时， 驱动轴单独运转模式为例来说明如何
图 ６ 速度曲线图 系统充分利用 ＷｉｎＣＣ 在数据的存储、 实时检索上的功能。 在数据的处理上，采用变量记录编辑器，对过程变量进行短期归 档和顺 序 归 档 ，通 过 ＯＤＢＣ（Ｏｐｅｎ Ｄａｔａｂａｓｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）和 ＳＱＬ （Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｑｕｅｒｙ Ｌａｎｇｕａｇｅ） 方 式 对 归 档 数 据 访 问 。 ＷｉｎＣＣ Ｏｎｌｉｎｅ Ｔｒｅｎｄ ／ Ｔａｂｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ 控件可以以趋 势 ／ 表 格 的 形势显示在线过程数据， 但是用户不能对这些数据直接进行访 问和处理。 当 ＷｉｎＣＣ 不在运行状态时，ＷｉｎＣＣ Ｏｎｌｉｎｅ Ｔｒｅｎｄ ／ Ｔａｂｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ 控件就不能访问已经记录的过程数 据 了 ； 另 外 ， 由于变量记录编辑器只能管理数值型变量， 无法对文本变量进 行操作。 这样 ＷｉｎＣＣ Ｏｎｌｉｎｅ Ｔｒｅｎｄ ／ Ｔａｂｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ 控件只能显
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｅｓｔ－ｂｅｄ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｅｓｔ－ｂｅｄ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ＶＢ ｐｒｏｇｒａｍ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗｉｔｈ ｄａｔａｂａｓｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＷｉｎＣＣ．Ｆｉｒｓｔｌｙ,ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｅｓｔ－ｂｅｄ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｎ,ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅ ｏｆ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ,ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｌａｓｔｌｙ,ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｅｔｅｒ ａｎｄ ＰＬＣ,Ｍａｓｔｅｒ ＰＣ ａｎｄ ＰＬＣ ａｒｅ ｃｏｍｐｉｌｅｄ ｗｉｔｈ ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ ｎｅｔ ｗｏｒｋ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ,ｔｅｓｔ－ｂｅｄ,ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
（下转第 １３ 页）
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２．３．２ 分离器液位控制 按照工艺要求，当分离器液位大于设定高液位值时，液位控
制阀打开， 开始排液； 当分离器的液位降到低于低液位设定值 时，液位控制阀关闭。 控制程序如图 ４ 所示。
图 ４ 分离器液位控制程序 在图 ４ 中，当分 离 器 液 为 ｗＬＴ＿２０１ 大 于 设 定 值 ＨＩＧＥ＿ＳＥＴ （６５０ｍｍ） 时 ，ＡＩ＿ＳＩＮＧ 模 块 的 输 出 端 ＰＶ＿Ｌ 将 开 阀 信 号 赋 给 ａＬＴ＿２０１， 并 一 直 保 持 到 分 离 器 液 位 低 于 设 定 值 ＬＯ＿ＳＥＴ (３００ｍｍ)， 输出端 ＰＴＲＩＰ＿Ｄ 将输出高报警信号至 ｆＬＴ＿２０１＿ＨＩ， 进 行 报 警 。 当 分 离 器 液 位 ｗＬＴ＿２０１ 低 于 设 定 值 ＬＯ＿ＳＥＴ (３００ｍｍ)，ＡＩ＿ＳＩＮＧ 模 块 的 输 出 端 ＰＶ＿Ｌ 将 关 阀 信 号 赋 给 ａＬＴ＿２０１。
目前， 国内使用的大部分汽车变速器疲劳寿命试验台自动 化程度较低，人机界面友好性欠佳，测试过程中主要依靠试验工 作人员的经验，测控精度不高。 作者给出的汽车变速器试验台， 可实现变速器各种复杂实验工艺设定， 可实现远程监控、手 ／ 自 动控制和声光报警等功能，系统利用 ＰＬＣ 及工控机完成 各 类 信 号的采集、管理、监控。 ＷｉｎＣＣ 上位机可实时显 示 监 控 参 数 、显 示报警记录和打印历史趋势等。 １ 系统总体设计 １．１ 控制系统要求
本 汽 车 变 速 器 试 验 台 主 要 由 ３ 台 ２２０ｋＷ 三 相 感 应 电 动 机 （ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３）、２ 台齿轮箱（Ｇ ／ Ｂ２ 及 Ｇ ／ Ｂ３）、３ 台扭矩仪（Ｔ ／ Ｑ１、 Ｔ ／ Ｑ２、Ｔ ／ Ｑ３）、１ 台变速器的换档机构 （ＡＣＴ） 以及 被 试 变 速 器 （Ｔ ／ Ａ）组成。 汽车变速器试验台构成如图 １ 所示。
摘要 给出一种汽车变速器疲劳试验台的监控系统设计。 在组态软件 ＷｉｎＣＣ 开发环境下，利用 Ｃ 语言和 ＶＢ 语言，结合数据 库技术，开发了该汽车变速器试验台监控系统；首先对汽车变速器试验台的总体方案进行设计，然后详细介绍了监控系统 的软件设计与实现，并给出了监控系统的软件程序框图，概述了系统自动运行时速度 ／ 扭矩曲线参数设定的关键技术与难 点，最后使用 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 实现了智能仪表与上位机及下位机通讯。 关键词：汽车变速器，试验台，监控系统
参数的设置可利用同一台
试验台完成多种型号变速
器的试验。 选择试验档数
后开始试验，电动机转动， 当试验过程中出现异常情
图 ５ 软件程序框图
况时，系统自动报警并停止试验；如果选定档位试验时间完毕就
wenku.baidu.com
换到下一档试验；如果所有试验循环次数都已完成，则变速器疲
劳寿命试验结束；最后处理和存储数据，打印试验报表。
２．３ 关键技术
分布式控制，已被工业现场广泛应用。 ＰＬＣ 控制站的 ＣＰＵ 型号
选 择 ＣＰＵ３１５ －２ＤＰ， 设 置 为 主 站 ， 通 过 ＣＰＵ 上 自 带
*国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５０２３７０２０ ）
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汽车变速器试验台监控系统设计
Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 接口与系统总线网络相连。 根 据 系 统 需 要 在 主 站 上 挂 接 Ｓ７－３００ 系 列 的 标 准 信 号 模 块 ，如 ：开 关 量 输 入 模 块 、开 关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。 ２ 监控系统软件设计
如果液位控制阀失效，分离器液位会继续下降。 此时，控制 系统内的分离器液位低低联锁保护程序将启动， 关闭分离器排 污管线上的紧急切断阀，防止天然气进入排污系统。 ３ 运行效果分析
采用 ＴＲＩＣＯＮ 系统改造后的集气站控制系统自 ２００５ 年 １１ 月投运至今，运行稳定，未发生过因系统故障引起的装置停车。 对系统进行定期测试表明， 它完全满足集气站生产的各项控制 要求，能够保证生产的安全、平稳运行。 系统的正常投运，大大提 高了生产现场的安全可靠性，减轻了操作员工的劳动强度，减少 了现场操作员工的数量，提高生产管理水平，创造了良好的经济 效益和社会效益。 但在以下几个方面还存在不足：①系统中所有 设备均是从国外进口，整体费用过高；②由于 ＴＲＩＣＯＮ 系统主要 侧重的是连锁逻辑控制， 对于天然气流量计量过程控制没有相 应 的 标 准 模 块 ，组 态 不 够 灵 活 ；③在 与 长 北 气 田 现 有 的 ＤＣＳ 系 统进行通讯时，各集气站控制系统只能发送数据到 ＤＣＳ，不能接 受 ＤＣＳ 的操作指令，因此，在长北中央处理厂的 ＤＣＳ 操作界面 上只能监控各集气站的数据，不能实现远程操作。
监控系统采用西门子组态软件 ＷｉｎＣＣ 进行开发，它可靠性 高、实时性强、适用范围广、界面设计方便。 ２．１ 监控画面设计
图 ３ 监控系统结构图 监控画面必须具有运行可靠、稳定、界面友好、信息显示直 观清楚等特点，考虑系统所需监控的过程变量和实际功能，整个 监控画面主要分为四个部分，如图 ３ 所示，分别为操作界面、计 测界面、报警界面和报表界面。 １）操作界面：可对自动运行和手动运行进行参数设定，保存 输入参数，并操作相应的开关按钮，当然只有具有一定操作权限 的操作人员才能进行相应的操作， 其中自动运行参数设定界面 如图 ４ 所示。