CN108088646A - 一种旋转试验装置电气控制系统 - Google Patents

Abstract

一种旋转试验装置电气控制系统，主要采用了西门子自动化与驱动产品，实现了多自由度祸合运动控制与姿态精确定位控制，各项技术指标满足试验要求。该控制系统为立式风洞开展旋转天平试验、单自由度振荡试验、旋转/振荡祸合试验、静态大迎角试验创造了条件，将有效提升立式风洞试验能力，为后续能力拓展奠定良好基础，必将进一步提升我国风洞试验能力。

Description

一种旋转试验装置电气控制系统

技术领域

本发明涉及一种旋转试验装置电气控制系统，适用于机械领域。

背景技术

旋转试验装置是研究尾旋的一种重要风洞试验设备。我国在20世纪90年代初期开始立足水平风洞研制该类试验设备，开展了多项试验技术研究。比较而言，在立式风洞中配备旋转试验装置具有独特的优势。项目研制先后攻克了基于双立柱支撑的半圆型弧形轨结构设计技术、基于强弱电分离的多通道信号传输方案设计技术、多自由度藕合运动控制与姿态精确定位控制技术、基于加速度检测的自动配平技术、特种试验管理与数据处理等关键技术。

发明内容

本发明提出了一种旋转试验装置电气控制系统，主要采用了西门子自动化与驱动产品，实现了多自由度祸合运动控制与姿态精确定位控制，各项技术指标满足试验要求。

本发明所采用的技术方案是：

所述旋转试验装置主要由支撑平台、双立柱、横梁、弧形轨、滑车机构、支杆机构、侧支撑和升降维护平台等组成。

所述控制系统以317T-2DP CPU为中心，配置电源模块、通讯模块CP340、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块等，完成试验装置的定位控制、逻辑运算、顺序控制、定时及算术运算等操作，并通过数字式或模拟式的输入和输出控制试验装置运行全过程。

所述控制系统的控制单元采用CU320，它是驱动系统的大脑，负责控制和协调整个装置驱动系统的所有模块，完成各轴的电流环、速度环的控制，并且同一块CU320控制的各轴之间能相互交换数据，即任意一根轴能够读取控制单元上的其他轴的数据。

本发明的有益效果是：该控制系统为立式风洞开展旋转天平试验、单自由度振荡试验、旋转/振荡祸合试验、静态大迎角试验创造了条件，将有效提升立式风洞试验能力，为后续能力拓展奠定良好基础，必将进一步提升我国风洞试验能力。

附图说明

图1是本发明的控制系统功能图。

图2是本发明的控制系统组成图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，根据试验要求，旋转试验装置主要控制系统任务有：地面导轨运动控制，弧形轨的旋转速度控制，滑车1和滑车2沿弧形轨的精确定位控制，装置的平衡检测，模型在支杆机构上的滚转和振荡控制等。

控制系统完成装置的集中控制与监视，是装置的控制管理中心。系统以317T-2DPCPU为中心，配置电源模块、通讯模块CP340、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块等，完成试验装置的定位控制、逻辑运算、顺序控制、定时及算术运算等操作，并通过数字式或模拟式的输入和输出控制试验装置运行全过程。317T-2DP CPU集成了普通PI_C的特点和功能，将运动控制功能、传动装置参数化功能等结合在一起，集成到全集成自动化系统，逻辑控制和运动控制单元使用同一种编程语言，同时集成了大量的工艺控制功能，如凸轮、位控、同步等。

317T-2DP CPU包括一路DP总线接口，一路MPI/DP总线接口。组网时，DP总线直接与CU320总线通讯，MPI/DP定义为DP总线，与操作台各总线表、监控计算机内5611卡、现场控制触摸屏及M440变频器通讯连接，使试验装置成为一个整体。

监控计算机与中央调度系统通过OPC通讯。监控计算机接收中央调度系统的试验参数设置和试验进程调度。

为调试方便，装置现场安装有触摸屏，内置监控软件，其操作权限由监控计算机控制，选择远程控制时触摸屏有效。

弧形轨旋转通过安装于试验段外双立柱上横梁末端的交流变频异步电动机驱动，电机受MM44。变频器控制，具有本地手动/远程自动两种控制方式，同时配套有快速制动装置。MM440是西门子有限公司推出的可以广泛应用的多功能标准变频器，它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。两种控制方式的两套参数依据开关选择。本地手动时，主回路电源接触器分合闸由本地开关控制，变频器启停由操作面板控制，频率设定值由模拟电位器输入。远程自动控制时，主回路电源接触器分合闸由外部PLC接点控制，变频器启停受人机界面合分闸按钮控制，变频器频率给定和状态参数通过网络控制。

如图2，控制单元采用CU320，它是驱动系统的大脑，负责控制和协调整个装置驱动系统的所有模块，完成各轴的电流环、速度环的控制，并且同一块CU320控制的各轴之间能相互交换数据，即任意一根轴能够读取控制单元上的其他轴的数据。

控制系统实现的主要功能如下。1)控制参数监控：包括俯仰角、滚转角、弧形轨旋转速度、方向、振荡频率、滑车定位位移等。2)试验进程控制:包括设备自检、试验开始、弧形轨旋转、藕合振荡、试验结束等试验进程的控制。3)装置动平衡的检测与控制。4)安全保护：整个运动控制系统安全保护分为监控软件运行条件和前端控制器联锁保护2个层次。监控软件运行允许条件包括转速上下限制、位移限制、驱动电机温度保护等。5)各运动机构的逻辑连锁与保护。

控制系统软件包括运行平台、开发平台、PLC控制程序、监控程序。

控制系统软件运行在Windows XP操作系统，开发平台分别采用西门子编程软件STEP7 V5.4编写PLC控制程序，同时安装S7-Technology选件包，它通过S7T Config工具集成的帮助对话框进行配置和传动装置参数化、轴操作控制界面以及记录功能，可完成轴的定义和配置，把硬件组态中定义的驱动器分配给轴，定义和配置凸轮、测量传感器，工艺部分设定(机械数据、极限值、监视值等)，驱动器参数设定等。用WinCC V6.2中文版开发工具包设计监控程序，同时安装SQL server 2005，该软件功能强，组态和编程效率高，调试和诊断过程简化，性能稳定。

PLC控制程序包括组织块(OB)、功能块(FB)、功能(FC)、数据块(DB)及系统功能(SFC)和系统功能块(SFB)等，主要编写OB1、FB1、FB2、FC31块。FBI为滑车1、滑车2、俯仰振荡、滚转振荡驱动电机的使能、复位、限位、回零、运行、停止、点动、置位、本地/远程等控制程序。FB2为俯仰、滚转驱动电机正弦振荡控制程序，FC31为弧形轨旋转速度控制程序。

以模型滑车轴为例， PLC控制软件设计流程如下。

在控制系统中，将该轴定义为轴2，对应的通讯数据块为DB2。给轴2加使能，调用FB401功能块，该轴加使能并打开电机的抱闸。在Enable上使能该轴的变量，即可对该轴进行绝对运动、相对运动、急停和停止等操作。

轴2绝对运动。调用FB410，输人轴号、运动速度、旋转度数，其他参数均可采用默认参数。

轴2停止运动。取消绝对运动的使能或让Execute无效，均不能实现轴运动的停止。控制轴运动停止需调用FB404功能块。在应用中，将轴的上下限位开关信号并联人停止运动的条件。

Claims (3)

1.一种旋转试验装置电气控制系统，其特征是：所述旋转试验装置主要由支撑平台、双立柱、横梁、弧形轨、滑车机构、支杆机构、侧支撑和升降维护平台等组成。

2. 根据权利要求1所述的一种旋转试验装置电气控制系统，其特征是：所述控制系统以317T-2DP CPU为中心，配置电源模块、通讯模块CP340、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块等，完成试验装置的定位控制、逻辑运算、顺序控制、定时及算术运算等操作，并通过数字式或模拟式的输入和输出控制试验装置运行全过程。

3.根据权利要求1所述的一种旋转试验装置电气控制系统，其特征是：所述控制系统的控制单元采用CU320，它是驱动系统的大脑，负责控制和协调整个装置驱动系统的所有模块，完成各轴的电流环、速度环的控制，并且同一块CU320控制的各轴之间能相互交换数据，即任意一根轴能够读取控制单元上的其他轴的数据。