CN110031211A - 一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，包括驱动变频电机、第一传动箱、转矩转速传感器、被测减速器、激光转速传感器、陪试减速器、温度传感器、振动传感器、第二传动箱、第二转矩转速传感器、电加载器。第一传动箱通过等比传动将测试系统回路闭合，形成封闭功率流式减速器测试系统。本系统针对测试过程中的数字量和模拟量信号，通过PLC控制系统和上位机监控系统进行数据的采集、传递以及处理，通过以太网协议将工控机HMI设备连接PLC硬件，实现实时数据的监控、显示与存储功能。解决了开式试验台的耗能过高问题，提高了测试系统的工作效率，实现了减速器测试平台的智能化与便捷性。

Description

一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统

技术领域

本发明涉及一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，属于测试设备与智能监控领域。

背景技术

齿轮减速器一般用于低转速大扭矩的传动设备，随着齿轮减速器的不断发展，越来越多的企业运用到了齿轮减速器。为了保证齿轮减速器的传动精度和传动效率以及机器的寿命，对于其一些重要性能参数的测试就变得尤为重要。

在目前现有的减速器性能测试平台中，试验台从机械系统结构上分为两类：第一类是开式试验台，第二类是封闭功率流试验台。而目前大多数试验台采用开放功率式结构，但开放功率流式试验台的功率消耗大、试验费用高、能源浪费严重等缺点。而封闭功率流式试验台损耗的电能非常小，一般小于被试件额定功率的10％，节能达85％以上。目前的减速器测试系统智能化程度不高，没有集成化的数据采集和监控系统。

《机械制造》课程设计中，需要学生制作齿轮减速器实物，但在完成实物后，缺少一个能够测试齿轮减速器的各类性能参数的系统。

发明内容

针对以上背景，本发明提出一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，能够测试齿轮减速器的传动精度、传动效率、正反向连续加载扭矩、转速、温升、振幅等多项实验数据。测试系统测试平台设计结构合理，有效解决测试过程中能耗损失大、布局拥挤的问题。测试系统集合上位机监控系统和PLC控制系统，能够实现对于测试平台的控制，对于测试数据的实时监控和记录功能，满足测试系统功能需要，还能够适用于本科生课程设计中的减速器性能测试，满足教学需要。

本发明采用的技术方案为一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，包括试验台基座，试验台基座上设有用于驱动系统的变频电机，并依次设有第一传动箱、第一转矩转速传感器、被测减速器、陪试减速器、第二传动箱、第二转矩转速传感器、电加载器，所述电加载器作为测试系统的加载单元。第一传动箱的输入端连接驱动单元中的变频电机，第一传动箱的输出端连接电加载器。在第一传动箱之间依次安装转矩转速传感器、被测减速器、陪试减速器、第二传动箱、第二转矩转速传感器、电加载器。第二传动齿轮箱输入端连接陪试减速器的高速轴，输出端连接陪试传感器准据转速传感器。各个连接轴之间采用刚性联轴器连接。还包括上位机监控系统和PLC控制系统，包括硬件PLC和工控机HMI设备。所述硬件PLC通过以太网协议连接工控机HMI设备。

所述第一传动箱输入端和输出端传动比为1：1，用于连接陪试减速机给加载单元提供动能，用于补偿系统的能量损耗。

所述第二传动箱输入端和输出端传动比为1：1，用于连接陪试减速器和电加载器，起到合理布局避免拥挤的作用。

陪试减速器传动比等同于被测减速器，采用输入输出轴同侧设计，其低速轴与被测减速的低速轴相连接，高速轴连接电加载器至第一传动箱，在整个闭合回路中起到平衡转速的作用。

电加载器的加载方式避免测试过程中的角度回零问题，在多次测试中解除加载负荷限制。

所述第一转矩转速传感器连接在驱动电机和被测减速器之间，采用刚性联轴器连接，用于测试被测减速器输入端的转速和转矩。所述第二转矩转速传感器连接在陪试减速器和电加载器之间，用于检测输出端的转速和转矩。

所述变频电机通过变频器连接PLC及上位机监控软件，用于完成变频电机测试时的开关及调速控制。

所述温度传感器分别设置于所述被测减速器和陪试减速器的机箱上，用于检测不同工作状态下被测减速器和陪试减速器的温升。

所述振动传感器，选用磁吸式振动传感器，分别设置与所述被测减速器和陪试减速器的机箱上，用于检测被测传感器和陪试传感器的振动异常，减速器结构的振动异常情况可以及时反映早期故障，从而有利于及时采取检修措施。

基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统还包含用于PLC控制系统和上位机监控系统。所述PLC控制系统和上位机监控杆系统包含PLC硬件组合，用于编程控制变频电机、电加载器以用于测试不同转矩转速下所述被测减速器的重要参数。同时，PLC实时采集转速转矩传感器、激光转速传感器、温度传感器、振动传感器所测试的参数，与工控机的HMI设备进行实时通讯，用于重要测试数据的实时监控。

所述工控机HMI设备和PLC硬件用软件进行组态与程序的编写，实现硬件PLC与上位监测HMI设备的以太网通讯连接。

所述封闭功率流式减速器测试系统相比于现有的减速器测试系统，通过对于驱动单元、被测试单元、检测单元、负载单元和封闭功率单元进行合理的布局，可以在有效节能的基础上通过控制系统设置参数、通过上位机监控系统实时获取多种测试参数，其各个单元间组合简单合理、布局紧凑实用，操作便捷高效，益于在教学过程中测试并记录一级齿轮减速器的重要参数。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明实施流程示意图。

图3是本发明监控界面示意图

具体实施方式

如图1所示，按序号依次是：变频电机1，第一传动箱2、第一刚性联轴器3、第一转矩转速传感器4、第二刚性联轴器5、被测减速器6、第三刚性联轴器7、陪试减速器8、第二传动箱9、第四刚性联轴器10、温度传感器11、振动传感器12、激光测速仪13、第五刚性联轴器14、第二转矩转速传感器15、第六刚性联轴器16、电加载器17、第八刚性联轴器18。

本发明所提出的一种封闭功率流式减速器测试系统，包含测试平台、PLC控制系统和上位监控系统。其测试平台包括试验台基座，基座上设有用于驱动系统的变频电机1，并依次设有第一传动箱2、转矩转速传感器、被测减速器6、陪试减速器8、第二传动箱9、第二转矩转速传感器15、电加载器17，所述电加载器17作为测试系统的加载单元。第一传动箱2输入端连接驱动单元中的变频电机1，输出端连接电加载器17。在第一传动箱2之间依次安装转矩转速传感器、被测减速器6、陪试减速器8、第二传动箱9、第二转矩转速传感器15、电加载器17。第二传动齿轮箱输入端连接陪试减速器8的高速轴，输出端连接陪试传感器准据转速传感器。各个连接轴之间采用刚性联轴器连接。

基座上设有两条直线导轨，方便两条直线上的零部件的安装定位，且便于安装操作，统一导轨槽也有助于防止不同零部件之间安装在测试系统底座上而产生的微小形变。第一直线导轨曹依次安装变频电机11、第一传动箱22、第一转矩转速传感器4、第二直线导轨槽第二转矩转速传感器15、电加载器17、第一传动箱2。

第一传动箱2架设于第一直线导轨槽与第二直线导轨槽上，其输入端和输出端传动比为1：1，功率流通过第一转矩转速传感器4、被测减速器6、陪试减速器8、第二传动箱9、第二转矩转速传感器15、电加载器17，第一传动齿轮箱，又回到第一转矩转速传感器4，形成封闭的功率流.。用于连接陪试减速器8给加载单元提供动能，用于补偿系统的能量损耗。

第二传动箱9安装于陪试减速器8和第二转矩转速传感器15之间，其输入端和输出端传动比为1：1，用于扩展测试平台的横向宽度以达到一个避免拥挤的合理布局，以便于两个平行直线导轨槽的架设。

测试系统还包括上位机监控系统和PLC硬件控制系统，如图2所示，包含PLC硬件组合和工控机的HMI设备，PLC控制系统连接各个传感器和信号采集模块。所述硬件PLC通过以太网协议连接工控机HMI设备，PLC通过编程设置后可以对于测试系统进行操控和数据信息采集，工控机HMI设备在组态以后可以实时监控数据信息用他可以通过触摸屏更改测试参数。

工控机的HMI设备通过以太网通讯连接到PLC控制系统中，在HMI设备中包含在线输入、输出检测和报错报警等基本功能，通过博图软件WINCC模块可以对于上述功能进行编辑与设定，同时，WINCC模块还可以对于测试系统进行模型导入，以动画形式展现整个测试过程。

PLC控制系统依次连接电源模块、CPU模块、数字量输入模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。电源模块用于给控制系统供电，CPU模块中写入控制及信息采集的程序。数字量输入模块用来接收HMI设备中的指令和接受各类传感器输出的数字量信号，输出采集到的测试数据到HMI中，模拟量输入模块用来连接各类传感器所采集上来的模拟量信号，模拟量输出模块用来驱动变频电机1以及电负载模块。

测试系统采用的第一转矩转速传感器4和第二转矩转速传感器15分别连接于被测减速器6输入轴和陪试减速器8的输出轴。通过PLC硬件采集模块对于所测转矩、转速等数据进行采集后，通过数据的分析计算，在上位机监控窗口中可得到真实的被测减速器6的实际输入转矩、转速和实际输出转矩、转速。

在被测减速器6的输出轴侧安装激光转速传感器，利用激光反射原理，可以获取被测减速器6的输出轴的转动信号，通过获取转动信号，可以通过计算分析出轴的真实转速。

所述振动传感器12为了测量被测减速器6和陪试减速器8的箱体振动情况，采用磁吸式的方法将振动传感器12吸附于被测减速器6和陪试减速器8的箱体上，用于检测被测传感器和陪试传感器的测振过程中的振动异常，减速器结构的振动异常情况可以及时反映早期故障，从而有利于及时采取检修措施。由于振动传感器12的采集信号为瞬变信号，所以通过PLC硬件采集信号，通过工控机HMI设备计算出平均振动幅值以便于监控。

所述温度传感器11为了测量被测减速器6和陪试减速器8在测量过程中的油温和箱体温度，采用电阻型热电偶在油盖定制为插入式封装，作为在测试过程中检测被测减速器6和陪试减速的油温。采用强磁吸附式热电偶吸附于被测减速器6和陪试减速器8箱体上任意两点，作为在测试过程中检测被测减速器6和陪试减速器8的箱体温升。两类温度传感器11同时将采集数据发送到PLC硬件，通过工控机HMI设备以便实时监测。

本发明的一种封闭功率流式减速器测试系统相比于现有的减速器测试系统，通过对于驱动单元、被测试单元、检测单元、负载单元和封闭功率单元进行合理的布局，在保证测试系统硬件的合理选用与安装情况下布局紧凑实用、便于安装，通过功率传动箱形成闭合功率流，补偿了测试系统的功率损失，对于测试工作进行了有效能源的节约。本测试系统采用上位机监控系统和PLC控制系统，在能够实时采集和监控测试数据的基础上，增加了可视化人机交互界面，可以通过HMI设备控制电机1的驱动和负载的加载，还可以对于测试过程进行实时动画演示，包括错误报警急停等安全保护功能，其操作便捷高效，测量数据效率远远高于以往的测试系统，有益于在测试过程中记录一级齿轮减速器的重要参数。也适用于教学用途。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：包括试验台基座，试验台基座上设有用于驱动系统的变频电机，并依次设有第一传动箱、第一转矩转速传感器、被测减速器、陪试减速器、第二传动箱、第二转矩转速传感器、电加载器，所述电加载器作为测试系统的加载单元；第一传动箱的输入端连接驱动单元中的变频电机，第一传动箱的输出端连接电加载器；在第一传动箱之间依次安装转矩转速传感器、被测减速器、陪试减速器、第二传动箱、第二转矩转速传感器、电加载器；第二传动齿轮箱输入端连接陪试减速器的高速轴，输出端连接陪试传感器准据转速传感器；各个连接轴之间采用刚性联轴器连接；还包括上位机监控系统和PLC控制系统，包括硬件PLC和工控机HMI设备；所述硬件PLC通过以太网协议连接工控机HMI设备。

2.根据权利要求1所述的一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：所述第一传动箱输入端和输出端传动比为1：1，用于连接陪试减速机给加载单元提供动能，用于补偿系统的能量损耗。

3.根据权利要求1所述的一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：所述第二传动箱输入端和输出端传动比为1：1，用于连接陪试减速器和电加载器，起到合理布局避免拥挤的作用。

4.根据权利要求1所述的一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：陪试减速器传动比等同于被测减速器，采用输入输出轴同侧设计，其低速轴与被测减速的低速轴相连接，高速轴连接电加载器至第一传动箱，在整个闭合回路中起到平衡转速的作用。

5.根据权利要求1所述的一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：电加载器的加载方式避免测试过程中的角度回零问题，在多次测试中解除加载负荷限制。

6.根据权利要求1所述的一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：所述第一转矩转速传感器连接在驱动电机和被测减速器之间，采用刚性联轴器连接，用于测试被测减速器输入端的转速和转矩；所述第二转矩转速传感器连接在陪试减速器和电加载器之间，用于检测输出端的转速和转矩。

7.根据权利要求1所述的一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：所述变频电机通过变频器连接PLC及上位机监控软件，用于完成变频电机测试时的开关及调速控制。

8.根据权利要求1所述的一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：所述温度传感器分别设置于所述被测减速器和陪试减速器的机箱上，用于检测不同工作状态下被测减速器和陪试减速器的温升。

9.根据权利要求1所述的一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：所述振动传感器，选用磁吸式振动传感器，分别设置与所述被测减速器和陪试减速器的机箱上，用于检测被测传感器和陪试传感器的振动异常，减速器结构的振动异常情况能够及时反映早期故障。

10.根据权利要求1所述的一种基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统，其特征在于：基于上位机监控的封闭功率流式减速器测试系统还包含用于PLC控制系统和上位机监控系统；所述PLC控制系统和上位机监控系统包含PLC硬件组合，用于编程控制变频电机、电加载器以用于测试不同转矩转速下所述被测减速器的重要参数；同时，PLC实时采集转速转矩传感器、激光转速传感器、温度传感器、振动传感器所测试的参数，与工控机的HMI设备进行实时通讯，用于重要测试数据的实时监控；

所述工控机HMI设备和PLC硬件用软件进行组态与程序的编写，实现硬件PLC与上位监测HMI设备的以太网通讯连接。