摘要：本文介紹了PLC和變頻器在汽車傳動軸防塵罩高低溫控制系統(tǒng)中的成功應用，介紹了系統(tǒng)控制方案和軟硬件結構的設計思想。提出了一種易于在PLC中實現(xiàn)的適用于被控對象為二階慣性環(huán)節(jié)溫度預測控制系統(tǒng)，實際運行表明該算法優(yōu)于常規(guī)的PID算法。本系統(tǒng)功能強，性能好，精度高。

關鍵詞：傳動軸防塵罩、PLC控制、變頻調速、預測控制

0前言

　　可編程控制器（PLC）由于其運算速度高、指令豐富、功能強大、可靠性高、抗干擾性強而廣泛應用于各種工業(yè)控制部分［1］，在智能現(xiàn)場控制系統(tǒng)中，選用PLC作為控制器是十分有效的。本文以汽車傳動軸防塵罩的檢測為背景，著重討論一種基于PLC控制的模擬汽車傳動軸防塵罩實際運行環(huán)境的高低溫試驗箱控制系統(tǒng)的研制。

　　汽車傳動軸防塵罩的作用是防止灰塵、雜質等進入前輪傳動軸的連接處，同時也防止高溫潤滑油從中溢出。根據有關規(guī)定，本系統(tǒng)要求防塵罩在2500轉/分下保持其優(yōu)秀的斷裂延展特性，在－60～150℃下，能通過1～6千萬次循環(huán)試驗。在此情況下，我們受委托對汽車傳動軸防塵罩高低溫試驗箱進行改造，以工控機為人機接口，采用PLC程序控制系統(tǒng)．

1 系統(tǒng)功能分析

　　傳動軸防塵罩溫度試驗的基本要求是：在規(guī)定的溫度下，以一定的轉速運行一定的時間。交替設定溫度、轉速及時間（最多為4組）循環(huán)一定次數構成一個測試階段。測試過程最多可設4個階段，每個測試階段的循環(huán)次數由測試員現(xiàn)場設定。實驗中主要控制量有試驗箱內溫度（-60～150℃）、傳動軸轉速（0～1500rpm）、固定角及滑動角角度、測試時間（1～60000分）及階段循環(huán)次數。測試過程要求調整固定角及滑動角的角度、啟動溫度控制系統(tǒng)使溫度逐步達到設定值、使傳動軸在設定的轉速下運行規(guī)定的時間?，F(xiàn)場設定不同的條件交替測試，循環(huán)一定周期。

　　根據測試要求，系統(tǒng)應具有手動，自動操作功能。手動操作時，操作人員可以直接控制電機、壓縮機、加熱器等設備的啟停，進行設備維修，調試和試驗等；自動操作時，測試裝置自動完成整個測試過程。另外，控制系統(tǒng)還應具有完善的保護功能以保護人員及設備安全。任何時候都可以強行停止測試。若測試過程因故障原因終止，需要記錄故障原因及測試進展狀況。

2 控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.1 控制系統(tǒng)硬件結構設計

　　本系統(tǒng)人機界面部分采用臺灣研華公司生產的奔騰機，軟件部分采用Delphi編程，在系統(tǒng)中協(xié)調控制，打印輸出，過程值顯示，控制核心部件為OMROM的可編程控制器，它負責各控制系統(tǒng)所需要的各種邏輯控制和運算。被控對象有變頻調速系統(tǒng)和溫度系統(tǒng)。變頻調速由日本安川公司生產的變頻器驅動傳動軸電機，使傳動軸保持一定的轉速。溫度控制系統(tǒng)是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，溫度測量元件為鉑電阻，由PLC控制電加熱器及壓縮機，實現(xiàn)加熱或制冷。加熱系統(tǒng)由三個電加熱管組成，制冷系統(tǒng)由兩級壓縮機組成，其通斷由PLC控制。

　　為實現(xiàn)檢測控制要求，本系統(tǒng)采用日本立石(OMRON)公司CPM2A-40CDR-A的PLC作為主控單元。其輸入點數為24點，輸出點數為16點。該PLC具有體積小，重量輕，運行可靠，保護方便等特點。系統(tǒng)除了基本的開關量的輸入/輸出外，還配有模擬量的輸入/輸出擴展單元。模擬量輸入單元用于接收Pt100熱電阻溫度信號，模擬量輸出單元控制變頻器輸出頻率，實時檢測全部模擬信號，進行工程量轉換，并與設定的上下值比較，開關量單元用于控制電機的啟停，故障的報警等。 PLC的I/O分配和功能如圖1所示。

2.2變頻器控制系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)的傳動軸轉速由變頻器控制?？刂撇糠种饕蒔LC、變頻器、光電接近開關組成。傳動軸旋轉部分采用日本SANKEN公司IF－7.5K變頻器驅動變頻電機。采用轉速閉環(huán)矢量控制，調速范圍0～2500r/min,調速精度<0.02%。PLC通過模擬量輸出單元將0～6000的數字量信號轉換成4～20mA電流信號給變頻器作為頻率輸出設定。傳動軸實際轉速反饋信號由PG光電接近開關檢測輸出，其輸出脈沖經PLC計算作為電機的速度負反饋信號。

　　根據生產工藝對系統(tǒng)運行時穩(wěn)態(tài)精度及跟隨能力的要求，變頻器內部的PID調節(jié)器設定為比例積分調節(jié)方式，由PLC的速度給定值與由脈沖編碼器檢測的現(xiàn)場速度反饋值比較后，得到速度偏差，經比例積分控制器處理后，輸出的二次電流信號作為頻率輸出，送矢量控制系統(tǒng)，控制電機運行。恒功率的分界點以及它們的頻率范圍內的P.I值，由現(xiàn)場負荷調試確定，已達到最佳運行效果。