變速器智能檢測系統(tǒng)軟件的開發(fā)

王坤俠　張廣斌

摘要:針對變速器在線檢測已經(jīng)成為汽車工業(yè)生產(chǎn)流水線重要組成部分的情況,開發(fā)了一個基于組態(tài)王軟件的變速器檢測監(jiān)控系統(tǒng)。闡述了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件總體規(guī)劃,在介紹使用組態(tài)網(wǎng)的數(shù)組字典定義變量的基礎(chǔ)上,論述了軟件中的核心模塊-換擋控制模塊的流程圖和模塊的詳細(xì)設(shè)計過程。

關(guān)鍵詞:變速器;檢測;換擋;數(shù)組字典;流程圖

中圖分類號:TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:

0 引言

隨著民族汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展,汽車發(fā)動機(jī)和變速器等關(guān)鍵部件的性能檢測已經(jīng)成為汽車企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)之一。本文介紹了一個變速器智能化自動在線檢測系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)和開發(fā),該檢測系統(tǒng)是為安徽江淮汽車集團(tuán)研制的,目前在企業(yè)的生產(chǎn)線上工作狀態(tài)良好,并獲得了中國科學(xué)院省院共建獎。

1 系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)企業(yè)的需求,以及變速器的工作原理和實際工況,整個檢測系統(tǒng)主要分成4部分:監(jiān)控主機(jī)、現(xiàn)場控制設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、遠(yuǎn)端客戶機(jī),總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。其中,監(jiān)控主機(jī)是整個系統(tǒng)的控制核心,包括了數(shù)字量I/O卡、模擬量I/O卡,以及232-485的轉(zhuǎn)換卡。現(xiàn)場控制設(shè)備包括了控制機(jī)械換檔裝置的PLC,控制輸入電機(jī)和加載電機(jī)的變頻器。機(jī)電設(shè)備則包括了輸入和加載電機(jī),機(jī)械臺架含傳動裝置,自動機(jī)械換檔裝置,轉(zhuǎn)速、扭矩、拉壓力、溫度一系列傳感器。客戶機(jī)指的是企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的所有機(jī)器。當(dāng)然,除了這四部分以外,系統(tǒng)還包括一些輔助設(shè)備,如調(diào)試用的就地控制箱,系統(tǒng)冷卻裝置,現(xiàn)場二次儀表,控制傳動對接的馬達(dá)。

1.2 軟件總體規(guī)劃

由于整個檢測系統(tǒng)較為復(fù)雜,需要能夠?qū)崿F(xiàn)用戶要求的多種測試功能,因此整個檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計必須以硬件功能的實現(xiàn)為基礎(chǔ),也就是軟件為硬件服務(wù)。根據(jù)硬件的實際情況,軟件必須具有很強(qiáng)的協(xié)調(diào)多個設(shè)備的通訊能力,現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時準(zhǔn)確檢測,強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理功能,以及良好的圖形用戶界面等功能。針對上述分析,軟件設(shè)計采用了模塊化和結(jié)構(gòu)化的思想,整個軟件由多個模塊所組成。主控模塊是整個軟件的應(yīng)用框架,其他幾個子模塊根據(jù)用戶選擇測試功能的不同可以分別進(jìn)行調(diào)用,其中的換擋控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊也可以脫離主控模塊單獨(dú)運(yùn)行。

1.3 軟件開發(fā)環(huán)境

為了使不同的模塊發(fā)揮其最大的功效,模塊選擇了不同的開發(fā)環(huán)境。如主控模塊部分,選用國內(nèi)控制軟件的龍頭企業(yè)之一亞控公司的組態(tài)王軟件。該軟件是專門為工業(yè)控制開發(fā)的企業(yè)級組態(tài)軟件,具有穩(wěn)定性高,支持的現(xiàn)場總線協(xié)議多,聯(lián)網(wǎng)方便等特點(diǎn),尤其是組態(tài)王的命令語音非常適合監(jiān)控軟件的開發(fā)。如組態(tài)王事件命令語言可以規(guī)定在事件發(fā)生、存在和消失時分別執(zhí)行的程序。離散變量名或表達(dá)式都可以作為事件。當(dāng)該事件剛剛發(fā)生時,該單元的程序只執(zhí)行一次;當(dāng)該事件存在時,按照設(shè)定的時間間隔反復(fù)執(zhí)行該單元程序;當(dāng)該事件消失時,該單元程序只執(zhí)行一次。事件命令語言存在時的循環(huán)執(zhí)行程序與普通程序的while循環(huán)類似,但不完全相同。事件命令語言在事件存在條件下可以控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)循環(huán)執(zhí)行的時間,因而有利于過程控制的定時操作。事件命令語言可以完成普通程序的if、while條件,同時可以達(dá)到定時功能。而且工業(yè)控制中很多都是通過離散狀態(tài)變更來激發(fā)程序的流程。組態(tài)王命令語言形式很適合開發(fā)這種過程。

對于數(shù)據(jù)處理部分,則采用Borland公司的C++ Builder進(jìn)行開發(fā),因為其可視化編程較為容易,模塊化及對象化程度高,數(shù)據(jù)庫接口豐富和方便,還可以進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集和處理。而數(shù)據(jù)庫部分則采用了目前使用較為廣泛微軟公司的SQL SERVER ,其數(shù)據(jù)庫管理能力強(qiáng),檢索快捷。

2 數(shù)據(jù)字典

數(shù)據(jù)字典是“組態(tài)王”最核心的部分。在檢測系統(tǒng)運(yùn)行時,工廠現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上,同時工程人員在計算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場,所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當(dāng)前值,變量包括系統(tǒng)變量和用戶定義的變量。變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”,數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息,是數(shù)據(jù)庫和用戶的接口。

因為變量的個數(shù)(也稱為組態(tài)軟件的點(diǎn)數(shù))不僅影響到系統(tǒng)控制硬件的響應(yīng)周期,而且關(guān)系到組態(tài)軟件的價格,所以合理設(shè)計變量在利用工業(yè)組態(tài)軟件開發(fā)工業(yè)控制軟件中具有重要地位。根據(jù)系統(tǒng)的硬件情況及軟件規(guī)劃,我們設(shè)計了全局公用變量和輸入輸出變量,這些變量不僅在核心的換檔模塊和主控模塊中使用,在一些其他模塊中也需要引用,因此在組態(tài)王中必須將其在數(shù)據(jù)字典中定義。這些變量在數(shù)據(jù)字典中占用點(diǎn)數(shù),而對程序中用到的臨時變量可以隨意定義而不占用組態(tài)軟件的點(diǎn)數(shù)。具體的數(shù)據(jù)字典如表1所示:

3 換檔控制模塊的開發(fā)

換檔控制是系統(tǒng)工作中核心的操作,主要控制機(jī)械手完成換檔過程,因此重點(diǎn)介紹換擋控制模塊的開發(fā)。在系統(tǒng)工作的多種測試過程中,換檔流程是大致相同的,所以換檔控制是同一個模塊,只是調(diào)用參數(shù)不同。換檔流程簡要的說可以分成三步:離合器打開—機(jī)械手執(zhí)行換檔動作—離合器閉合。

3.1 流程圖

流程圖是軟件設(shè)計中比較重要的一環(huán),在分析清楚用戶關(guān)于換擋控制的需求后,需要畫出流程圖進(jìn)行下一步的實現(xiàn)。流程圖也是靜態(tài)檢驗我們的設(shè)計是否在理論上存在問題的重要方法之一。從流程圖中可以很清晰地看出機(jī)械手換檔子模塊的整個工作流程,根據(jù)流程圖,我們可以進(jìn)一步細(xì)化整個換擋工作過程。

3.2 換檔控制模塊設(shè)計

換檔控制模塊主要是為了實現(xiàn)換檔流程中的每一步而工作的,其每個函數(shù)基本上都是對硬件的操作或者是對信號量的判斷,因此其設(shè)計的主要工作就是換檔流程的細(xì)化。具體的詳細(xì)設(shè)計過程如下所示:

離合器打開過程子模塊:離合器開閉信號置開,等待一段時間,檢測離合器狀態(tài)信號是否為開,如果沒有打開,則先發(fā)出離合器閉合信號,再發(fā)出離合器打開信號,然后檢測,如果失敗,則繼續(xù)此過程。持續(xù)三次如果都沒有成功打開離合器,則報警離合器故障。其中先閉合后打開離合器的目的是避免離合器中的油污堵塞,造成的打開失敗,反復(fù)開閉幾次會消除此類問題造成的離合器開閉困難的現(xiàn)象。離合器閉合過程的實現(xiàn)和打開過程類似。

執(zhí)行換檔動作子模塊:首先確保離合器狀態(tài)信號為開,然后根據(jù)預(yù)定的工作過程和目前的檔位信號,向機(jī)械手發(fā)出換檔信號的值,等待一段時間后,檢測限位開關(guān)的檔位信號的值是否和換檔信號的值相同:

如相同,則根據(jù)升檔或者降檔過程的不同,降低或者提高輸入電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速的值到預(yù)定范圍,此動作是模仿司機(jī)換檔時加減油門的動作,以降低對變速箱和試驗臺的沖擊。降低轉(zhuǎn)速的緩沖動作完成后,調(diào)用離合器閉合過程。確保離合器狀態(tài)信號為閉合后,計算輸入轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)速得比值,并將比值與該檔位對應(yīng)的變速比進(jìn)行比較,如果在誤差范圍內(nèi),則認(rèn)為換檔成功。如果超出誤差范圍,則報警變速比出錯。

如果不同,則離合器開閉信號置閉合,等待一段時間,離合器開閉信號置開,再次進(jìn)行換檔過程。換檔如果不成功,會重復(fù)此過程三次,如果三次都失敗,則報警換檔失敗。

4 結(jié)束語

通過使用組態(tài)王強(qiáng)大的通訊和過程控制能力,減少了控制程序的開發(fā)時間,提升了檢測和控制精度,檢測的結(jié)果能夠為產(chǎn)品性能分析和市場前景預(yù)測提供參考。經(jīng)過一段時間的良好運(yùn)行,系統(tǒng)降低了企業(yè)檢測成本、提高了生產(chǎn)效率,響應(yīng)了國家建立和諧節(jié)約社會的政策。

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