[align=right][/align]摘 要：針對火車軸溫檢測，設計了基于可編程控制器和步進電機的火車軸承拍照系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)設計方案，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)及其軟件實現(xiàn)方法。實驗結(jié)果表明，基于PLC的步進電機控制火車車輪拍照系統(tǒng)控制簡單、運行穩(wěn)定可靠。 關鍵字：可編程控制器 步進電機 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 TP273 文獻標識碼 B 文章編號1606—5123（2006）05—0049—03 1 引言 目前，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，鐵路運輸?shù)木o張狀況將愈來愈突出，為解決鐵路運輸緊張的局面，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。這就需要加強對軸承溫升的監(jiān)控。 當有火車經(jīng)過時，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，從而準確判斷物體表面的溫度分布情況，對溫升超標的車軸實時報警，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控制步進電機驅(qū)動熱像儀來檢測車輪軸溫。 2 系統(tǒng)設計 現(xiàn)代的運動控制方法主要有直流伺服驅(qū)動、交流伺服驅(qū)動、步進伺服驅(qū)動。其中交流伺服驅(qū)動的性能最好，但價格較高。隨著步進伺服驅(qū)動控制技術(shù)迅速發(fā)展，步進伺服驅(qū)動細分精度日益提高，且逐步克服了振蕩，失步的不足，其性價比大幅度提高。步進電機可直接用數(shù)字信號控制，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)字控制和計算機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。PLC綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，使用面向過程、面向用戶的簡單編程語言，用戶可通過軟件設計，實現(xiàn)各種復雜的邏輯控制。PLC具有較好的實時刷新功能，可以產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，而且PLC具有大功率的晶體管輸出接口，能夠滿足步進電機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，步進電動機為執(zhí)行元件、傳感器為檢測元件的新型系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫升的檢測，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。 當有火車駛來時，傳感器將檢測到的速度脈沖信號送入PLC接口X0，PLC根據(jù)這個脈沖信號計算出相應的火車速度，并輸出一個相應的速度脈沖信號給步進電機驅(qū)動器，驅(qū)動器控制步進電機，使其驅(qū)動熱像儀做半圓周運動，當熱象儀速度與火車速度相同或相近時，對火車車輪進行跟蹤拍照，從而確定車輪軸溫。紅外探測器沿鐵軌進行布置；熱像儀安放在離車軌距離約1 m的架子上。 用于步進電機的角位移與輸入脈沖的個數(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電機的各相繞組的相序有關。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)生相應時序，通過環(huán)形分配器使輸出繼電器按時序接通驅(qū)動步進電機并由計數(shù)器控制脈沖個數(shù)，使步進電機按一定速度，轉(zhuǎn)動一定的角度。根據(jù)功能要求，綜合考慮步進電機的性能，選擇兩相混合步進電動機2S42Q-03848，步距角，相電流1.2A，保持力矩0.32Nm，用于驅(qū)動熱象儀；步進電機驅(qū)動器選用2M412，電源電壓DC為18V一36V，它根據(jù)PLC的控制指令對電機實現(xiàn)脈沖和方向控制。PLC對電機的控制有兩種方式，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)的實現(xiàn) 在本系統(tǒng)中，如何使PLC根據(jù)脈沖寬度計算出火車的相應速度是十分關鍵的。我們選用臺達PLC DVPl6EH00T，共8點輸入（X0一X7），8點輸出（Y0一Y7），控制步進電機的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速；除具有一般邏輯控制與運算功能、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： 當控制信號為ON時，D1計算由X0所輸入的高速脈波，40ms之后自動停止計算，結(jié)果被存于D0中，40ms計時完畢時，Dl內(nèi)容被清除為0，當控制信號再度為ON時，D 1重新接受計數(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轉(zhuǎn)速[sup][2][/sup]。 式中：N：轉(zhuǎn)速； n：旋轉(zhuǎn)設備轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生的脈波數(shù)； t：偵測時間（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)軟件設計 步進電機工作都要經(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）運行階段；bc段為減速運行階段，由f l減速到f2；cd段為低速運行階段，直至到d點停止。 PLSR指令為附加減速功能的脈沖輸出指令，通過設定脈沖輸出的最大頻率值，全部脈沖輸出的總脈沖數(shù)和加減速的時間，來控制步進電機的速率及轉(zhuǎn)向。該指令的加減速的變速段數(shù)固定為l 0段，輸出時以每次增加S 1／1 0的頻率開始輸出脈沖，每個頻率輸出脈沖的時間都是固定S3／9。圖4是根據(jù)電氣控制原理，結(jié)合PLC的程序設計方法和生產(chǎn)工藝要求，設計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，設計的基于可編程控制器和步進電機的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對火車車輪軸承的自動拍照，具有控制簡單、運行穩(wěn)定可靠、開發(fā)周期短等優(yōu)點，是一種切實可行的步進電機控制方案。 參考文獻： 【1】 周奉磊． PLC和步進電機在梳理機改造中的應用．PLC＆FA，2005（4）：100-101，136 【2】臺達PLC使用手冊 【3】宋健，袁馳等．PLC控制步進電機在農(nóng)用車齒牙加工銑床上的應用．農(nóng)機化研究，2003，4（2）：221一222 【4】陳益飛，薛迎成．PLC模糊神經(jīng)網(wǎng)絡變頻調(diào)速系統(tǒng)．電氣傳動自動化，2004，26（1）：36—38，47 【5】王濱生，孫晶．PLC在步進電機驅(qū)動系統(tǒng)中的應用．機床電器，2001（2） 作者簡介 潘資 男 工程師 研究方向：控制系統(tǒng)的軟硬件設計。