[align=right][/align]摘 要：針對火車軸溫檢測，設(shè)計(jì)了基于可編程控制器和步進(jìn)電機(jī)的火車軸承拍照系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，闡述了拍照系統(tǒng)的組成原理和控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及其軟件實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制火車車輪拍照系統(tǒng)控制簡單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 關(guān)鍵字：可編程控制器 步進(jìn)電機(jī) 車輪拍照 脈沖控制 Abstract：The paper specially expatiate on the application of PLC and stepping motor on the Train Wheel Photograph system．The control system is designed and described the hardware structure and software realize． Key words：PLC SIepping motor Wheel photograph Pulse controlling 中圖分類號(hào) TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào)1606—5123（2006）05—0049—03 1 引言 目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路運(yùn)輸?shù)木o張狀況將愈來愈突出，為解決鐵路運(yùn)輸緊張的局面，鐵道部提出提速問題。但隨著車速的提高，車輪軸承溫升問題愈發(fā)重要。這就需要加強(qiáng)對軸承溫升的監(jiān)控。 當(dāng)有火車經(jīng)過時(shí)，其自身不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場，利用安裝于鋼軌兩側(cè)的熱像儀吸收車輪發(fā)出的這種紅外輻射能量，將其熱像顯示在熒光屏上，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況，對溫升超標(biāo)的車軸實(shí)時(shí)報(bào)警，避免由于車軸熱切而造成列車脫軌或顛覆等事故的發(fā)生。本文采用P L C控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)熱像儀來檢測車輪軸溫。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 現(xiàn)代的運(yùn)動(dòng)控制方法主要有直流伺服驅(qū)動(dòng)、交流伺服驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)。其中交流伺服驅(qū)動(dòng)的性能最好，但價(jià)格較高。隨著步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)迅速發(fā)展，步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)細(xì)分精度日益提高，且逐步克服了振蕩，失步的不足，其性價(jià)比大幅度提高。步進(jìn)電機(jī)可直接用數(shù)字信號(hào)控制，無需反饋可開環(huán)工作，無累積定位誤差，控制精度高，因此被廣泛用于數(shù)字控制和計(jì)算機(jī)控制等精密定位的控制系統(tǒng)中。 可編程序控制器PLC是一種適于工業(yè)現(xiàn)場控制的技術(shù)平臺(tái)。PLC綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，使用面向過程、面向用戶的簡單編程語言，用戶可通過軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯控制。PLC具有較好的實(shí)時(shí)刷新功能，可以產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，而且PLC具有大功率的晶體管輸出接口，能夠滿足步進(jìn)電機(jī)繞組的電壓和電流要求。因此，本系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）為控制核心，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行元件、傳感器為檢測元件的新型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對溫升的檢測，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。 當(dāng)有火車駛來時(shí)，傳感器將檢測到的速度脈沖信號(hào)送入PLC接口X0，PLC根據(jù)這個(gè)脈沖信號(hào)計(jì)算出相應(yīng)的火車速度，并輸出一個(gè)相應(yīng)的速度脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)，使其驅(qū)動(dòng)熱像儀做半圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)熱象儀速度與火車速度相同或相近時(shí)，對火車車輪進(jìn)行跟蹤拍照，從而確定車輪軸溫。紅外探測器沿鐵軌進(jìn)行布置；熱像儀安放在離車軌距離約1 m的架子上。 用于步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖的個(gè)數(shù)成正比；轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比；轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。因此利用PLC可產(chǎn)生一定周期的控制脈沖，使移位寄存器移位，產(chǎn)生相應(yīng)時(shí)序，通過環(huán)形分配器使輸出繼電器按時(shí)序接通驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)并由計(jì)數(shù)器控制脈沖個(gè)數(shù)，使步進(jìn)電機(jī)按一定速度，轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。根據(jù)功能要求，綜合考慮步進(jìn)電機(jī)的性能，選擇兩相混合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2S42Q-03848，步距角，相電流1.2A，保持力矩0.32Nm，用于驅(qū)動(dòng)熱象儀；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用2M412，電源電壓DC為18V一36V，它根據(jù)PLC的控制指令對電機(jī)實(shí)現(xiàn)脈沖和方向控制。PLC對電機(jī)的控制有兩種方式，一種是脈沖+方向控制（Y0、Y2輸出脈沖、Yl、Y3輸出方向），一種是正反向脈沖輸出（Y0輸出CW脈沖，Yl輸出CCW脈沖），我們采用第一種方法。 3 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 在本系統(tǒng)中，如何使PLC根據(jù)脈沖寬度計(jì)算出火車的相應(yīng)速度是十分關(guān)鍵的。我們選用臺(tái)達(dá)PLC DVPl6EH00T，共8點(diǎn)輸入（X0一X7），8點(diǎn)輸出（Y0一Y7），控制步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速；除具有一般邏輯控制與運(yùn)算功能、PLSY脈沖直接輸出等外，更重要的是它的SPD脈沖速度偵測功能，可以方便的用來測量車速。 SPD的控制格式： 當(dāng)控制信號(hào)為ON時(shí)，D1計(jì)算由X0所輸入的高速脈波，40ms之后自動(dòng)停止計(jì)算，結(jié)果被存于D0中，40ms計(jì)時(shí)完畢時(shí)，Dl內(nèi)容被清除為0，當(dāng)控制信號(hào)再度為ON時(shí)，D 1重新接受計(jì)數(shù)。sPD指令主要目的在求出回轉(zhuǎn)速度的比例值，而測得之D0的結(jié)果與回轉(zhuǎn)速度成比例，由下列公式求得電機(jī)轉(zhuǎn)速[sup][2][/sup]。 式中：N：轉(zhuǎn)速； n：旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生的脈波數(shù)； t：偵測時(shí)間（ms）。 系統(tǒng)的控制接線圖如圖2所示，I／O口及其功能如表1所示。 [align=center] [/align] 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)工作都要經(jīng)過加速→高速→減速→低速→停止的過程，它的脈沖頻率特性如圖3示。其中0a段為加速階段，由0加速到f l；a b段為高速（勻速）運(yùn)行階段；bc段為減速運(yùn)行階段，由f l減速到f2；cd段為低速運(yùn)行階段，直至到d點(diǎn)停止。 PLSR指令為附加減速功能的脈沖輸出指令，通過設(shè)定脈沖輸出的最大頻率值，全部脈沖輸出的總脈沖數(shù)和加減速的時(shí)間，來控制步進(jìn)電機(jī)的速率及轉(zhuǎn)向。該指令的加減速的變速段數(shù)固定為l 0段，輸出時(shí)以每次增加S 1／1 0的頻率開始輸出脈沖，每個(gè)頻率輸出脈沖的時(shí)間都是固定S3／9。圖4是根據(jù)電氣控制原理，結(jié)合PLC的程序設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)工藝要求，設(shè)計(jì)的控制軟件程序流程圖。 5 結(jié)束語 本文針對火車車輪軸溫檢測，設(shè)計(jì)的基于可編程控制器和步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對火車車輪軸承的自動(dòng)拍照，具有控制簡單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，是一種切實(shí)可行的步進(jìn)電機(jī)控制方案。 參考文獻(xiàn)： 【1】 周奉磊． PLC和步進(jìn)電機(jī)在梳理機(jī)改造中的應(yīng)用．PLC＆FA，2005（4）：100-101，136 【2】臺(tái)達(dá)PLC使用手冊 【3】宋健，袁馳等．PLC控制步進(jìn)電機(jī)在農(nóng)用車齒牙加工銑床上的應(yīng)用．農(nóng)機(jī)化研究，2003，4（2）：221一222 【4】陳益飛，薛迎成．PLC模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變頻調(diào)速系統(tǒng)．電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2004，26（1）：36—38，47 【5】王濱生，孫晶．PLC在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用．機(jī)床電器，2001（2） 作者簡介 潘資 男 工程師 研究方向：控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。