轉塔機電維修訓練系統研究范文

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《儀表技術雜志》2015年第二期

1系統硬件設計

因為機電維修訓練單元的下位機要通過網絡交換機接收來自主控軟件的大量控制命令，同時還要監測轉塔的狀態信息，并向上位機上傳轉塔的實時角度信息，而普通的單片機不能滿足這么多的功能要求，所以系統采用PLC(可編程邏輯控制器)作為下位機。它具有以下優點:響應快、控制精度高、可靠性好，控制程序可隨應用場合的不同而改變，與計算機的接口及維修方便。轉塔控制結構框圖如圖2所示。PLC通過變頻器控制電機的旋轉速度、方向，通過讀取水平限位開關和豎直限位開關確定轉塔模型翻轉位置并保證設備安全，通過讀取光電編碼器確定轉塔旋轉位置。液壓控制系統主要由液壓能源回路、方位液壓回路、俯仰液壓回路組成。液壓系統的控制采用PLC對伺服控制閥驅動控制的方法。液壓控制原理圖如圖3所示。PLC處理差動電位計(方位角)和自整角變壓器(俯仰角)來的誤差信號，并控制相應的伺服閥驅動液壓馬達和俯仰作動筒。為達到培訓操作手排故技能的目的，液壓部分還設有硬件故障設置功能。根據部隊維修實際和裝備維護要求，直接在硬件結構上設置故障開關，模擬實裝上的一些典型故障，將基本的故障現象顯示出來，訓練人員可以根據故障現象分析故障原因，練習排除故障的一般步驟。

2系統軟件設計

2．1采用多線程機制進行主控軟件設計轉塔機電維修訓練系統軟件部分包括機電維修訓練單元PLC軟件和主控軟件兩部分，兩者之間關系圖如圖4所示。主控軟件的程序采用VisualC#．Net2008進行編寫，VisualC#是一種簡潔、類型安全的面向對象的語言，開發人員可以使用它來構建在．NETFramework上運行的各種安全、可靠的應用程序。使用VisualC#，可以創建傳統的Windows客戶端應用程序、XMLWebservices、分布式組件、客戶端/服務器應用程序、數據庫應用程序等。主控軟件既可以與用戶交互，根據用戶命令向機電維修訓練單元PLC軟件發送控制命令，又可以接收機電維修訓練單元PLC軟件上傳的轉塔狀態信息并加以顯示。因此，主控軟件要同時實現多項任務，包括:網絡數據接收、網絡數據發送、圖形用戶界面輸入讀取、后臺數據處理、圖形用戶界面顯示更新等。為設計一套多任務并行的軟件系統，有兩種基本的選擇:多進程和多線程。為了節約系統資源，采用多線程機制進行程序設計。主控軟件用戶控制模塊的線程主要包括UI界面響應線程、轉塔角度數據接收線程、角度數據解析線程、控制命令發送線程、角度數據處理顯示線程等，且線程之間均有多份數據互聯相通。通過采用多線程技術允許多任務同時執行，實現了轉塔的實時控制，提高了信息的處理效率。

2．2采用梯形結構進行PLC程序編制PLC的編程方式主要有梯形結構和指令語句表兩種。梯形結構是圖形化的語言，采用梯形結構進行編程，圖形化的結構直觀易識讀。它與傳統繼電器控制回路的電氣原理圖相似，電氣工作人員容易接受。梯形結構用連線把指令的梯形圖符號連接成一個功能圖，用來表達PLC運行指令的邏輯關系和實現的功能。因此，系統采用梯形結構方式編制PLC程序。機電維修訓練單元的PLC軟件負責根據主控軟件的命令控制本系統執行機構工作從而帶動轉塔運動，確定硬件系統狀態上報主控軟件。因此PLC軟件包括系統初始化模塊、軟件引擎模塊、串口通信模塊、方位電機控制模塊、俯仰電機控制模塊、液壓馬達控制模塊、液壓作動筒控制模塊、位置傳感元件讀取模塊等。各模塊之間的關系如圖5所示。系統初始化模塊的主要任務是對主要內部資源進行初始化。軟件引擎模塊其實是系統軟件的一個主循環結構，由它來檢測各種狀態條件，然后根據狀態條件來調用執行相應模塊。串口通信模塊是PLC通過串口和串口網絡接口轉換模塊之間通信的軟件部分。方位電機控制模塊是根據轉塔方位運動機構狀態和控制命令生成方位電機控制信號的軟件模塊。俯仰電機控制模塊是根據轉塔俯仰運動機構狀態和控制命令生成俯仰電機控制信號的軟件模塊。液壓馬達控制模塊用于根據轉塔方位運動狀態和控制命令之間的誤差而生成液壓馬達伺服閥的控制信號。液壓作動筒控制模塊能根據轉塔俯仰運動狀態和控制命令的誤差而生成作動筒伺服閥的控制信號。位置傳感元件讀取模塊負責讀取限位開關和編碼器。機電維修訓練單元采用PLC梯形圖編制PLC程序，與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性，同時也與原有繼電器控制相一致。

3結論

該轉塔機電維修訓練系統綜合利用可編程邏輯控制和變頻電機閉環控制等技術實現了轉塔結構和故障模擬，主控軟件基于VisualC#平臺進行編譯，增強了系統控制的實時性和可靠性。經過應用表明，該系統設計技術思想正確、設計科學、結構合理、功能齊全、性能優良，構建了集操作模擬、裝備認知、原理演示等多種功能為一體的轉塔維修操作訓練平臺，為院校教學和部隊訓練提供了一種有效的訓練手段。

作者：陳偉元李卓倫馮超單位：武漢軍械士官學校