基于PLC 的风缸压力检测系统

2010-09-22周传颂齐向东

电气技术 2010年2期

周传颂齐向东

（太原科技大学，太原 030024）

1 引言

在列车中，风缸是制动系统的动力储备元件，如果风缸应用时没有经过严格检验，其储备的气体压力将无法确保证达到列车行驶中的制动要求，不能使列车准确及时的制动，将会造成严重事故，所以风缸出厂前要经过严格的检测，以防漏泄，确保列车行驶安全。铁道部的标准：通过微机检测，给风缸内打水压900kPa以上，观察5m in是否漏泄；给风缸充气压600kPa以上，观察5m in是否漏泄，要求漏泄量均为0。传统的检测方式只是通过肉眼观察压力表的指针来观察其是否漏泄，存在误差；且由于人为因素，检测时间也无法保证，为此我们设计了风缸自动检测系统。

风缸如图1所示，风缸有两个接口。法兰口A端用于进水和进气，法兰口B用于排水排气，由于接口标准不一，我们均采用软管试连接的方法。采用循环水箱供水。水密性试验时先用水泵供水，注满水后则用高压泵打水压至900kPa以上进行试验。气密性试验用风炮进风，至压力到600kPa以上。先进行水密性试验，然后通过气压使水排净再进行气密性试验。全过程除手动翻转缸排水外，其余均可由电脑控制完成。

图1 气缸

2 系统硬件组成

本检测系统的硬件部分由下位机（西门子PLC S7-200）和上位机（华硕工控机和mcgs组态软件）组成。两者通过PPI转换线连接。为使压力能够平滑快速的上升到要求值，采用PLC控制变频器，利用PID控制器原理，从而控制水泵的转速。采用量程为20MPa传感器通过PLC转换后上传给上位机。上位机对取到的压力值信号进行处理，得出缸内压力的曲线，根据曲线的形状判断辨别气缸是否漏泄。

3 系统流程的设计

本系统可以在手动与自动两种方式下工作，手动状态即可进行传统式检测。将旋钮打到自动挡位就可以进行自动操作。系统自动操作流程如图2所示。

图2 风缸检测流程

4 系统软件设计

系统软件设计有两部分组成，一是上位机监控软件MCGS编程，一是下位机PLC编程。

4.1 系统上位机设计

图3为上位机监控界面。本系统有良好的人机界面，可实现对PLC的运行情况以及执行机构进行实时监视和控制，实现实时数据采集和历史数据打印功能，具有登录权限和帮助窗口，告诉用户操作方法和机器维护方式，能完美的完成检测任务和数据报表输出，满足检测要求。

图3 上位机监控界面

历史数据窗口中设置了数据查询和打印报表功能，试验前操作员必须填写风缸号码，操作人员可以根据风缸号进行查询，也可以根据日期进行查询。显示该风缸的试验结果。若发现该风缸不合格则可以重新检测，也可以单独做水密性试验或者气密性试验，不影响其他信息。如果该编号已经存在，则提示用户该编号已经存在是否重新检测。打印报表这一项，操作人员可以点击打印报表安钮然后选择按照风缸号或者日期打印。就可以打印出关于该风缸的检测信息。

4.2 系统下位机设计

本系统选用西门子公司生产的S7-200系列PLC，S7-200系列它的结果紧凑，拥有良好的扩性，指令功能强大，既能完成控制功能，还具有输入输出功能，并且它的价格低廉，非常适合各种小型控制工程。完全能达到我们的使用要求。其设计步骤如图4所示。

图4 PLC设计步骤

通过对风缸检测流程的分析和研究，把PLC的I/O点进行了合理的分配，其分配点如表1所示。

表1 PLC输入输出点分配

由输入输出点的分配，可以得出本系统需要数字量信号2个输入点，6个输出点;模拟量信号1个输入点，1个输出点.考虑到适用性和经济性，选取PLC的型号S7-224（8输入6输出）和S7-235（模拟信号4输入1输出）。

在进行水密性试验时，注水过程采用PID调节控制水泵使压力缓慢的上升。本系统中采用PLC中的PID参数，将微分控制器命为零，比例控制器的参数基本调节为1.05，积分控制器的参数经多次试验取3最佳，得到了很好的效果使压力曲线平滑的上升，从而避免了压力在900kPa附近振荡。节省了水压稳定时间，提高了效率。

排水过程在水密性试验结束后需要将风缸的排水口向下，接着靠缸内气压排水，排水结束后关闭排水阀紧接着进行气密性试验。排水是否完毕靠压力传感器的变化上位机智能的分析，来自动的关闭排水阀。这样排水过程就由电脑自动的完成，减少了人工排水的麻烦。