計(jì)算機(jī)在列車用振簧自動(dòng)檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

介紹了采用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)列車用振簧的檢測控制。介紹了控制系統(tǒng)的組成、工作原理、控制方式及程序設(shè)計(jì)思想。
關(guān)鍵詞：列車用振簧 檢測系統(tǒng) 工控機(jī)

1 引言
根據(jù)鐵道部有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在列車振簧的裝配中要求每組振簧的偏差不能大于1mm。在傳統(tǒng)的檢修過程中由裝配工人用深度尺進(jìn)行手工測量，這種檢測方式落后、人為因素影響大、檢測精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。
為適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，鐵路已經(jīng)過多次提速，列車的運(yùn)行速度越來越高。伴隨著速度的提高，對列車的檢修質(zhì)量提出更高的要求。為保證列車檢修的質(zhì)量，對車輛檢修設(shè)備進(jìn)行技術(shù)革新，研制開發(fā)新的檢修設(shè)備，使列車的維修更加規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。為此我們研究了列車用振簧自動(dòng)檢測系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)
系統(tǒng)由上簧機(jī)構(gòu)、輸送線、檢測環(huán)節(jié)構(gòu)成。系統(tǒng)構(gòu)成示意如圖l所示。
2.l 自動(dòng)上簧機(jī)構(gòu)
由底面為斜面的儲(chǔ)簧箱和旋轉(zhuǎn)汽缸組成自動(dòng)上簧機(jī)構(gòu)。振簧滾入上簧機(jī)械手由旋轉(zhuǎn)汽缸將其推上輸送線的工位V型槽。

2．2 檢測環(huán)節(jié)
作為系統(tǒng)的核心部位的檢測環(huán)節(jié)，為此選用了日本SMC公司的型號(hào)為CEl的測量用汽缸。該汽缸輸出結(jié)果類似光柵尺(或光電編碼器)，輸出為兩個(gè)相位相差90°的方波信號(hào)。其輸出波形如圖2所示。

從圖2可知單相脈沖的脈沖當(dāng)量為0.1mm。該測量用汽缸輸出接口信號(hào)如表1所示。

2．3 輸送線
輸送線主要完成振簧的傳輸。輸送線每走一個(gè)節(jié)拍，振簧前移一個(gè)工位。由輸送電機(jī)和裝有V型槽的輸送線組成。
控制系統(tǒng)硬件選用研華IPC-610P／P41G，P4／1G CPU、PCA6179主板、128M內(nèi)存、20G硬盤、52X光驅(qū)、1．44M軟驅(qū)、鍵盤／鼠標(biāo)。選用PCL-733開關(guān)量輸入卡，PCL-734開關(guān)量輸出卡，PCL—833三軸正交編碼／計(jì)數(shù)卡。
PCL—733提供32路具有2500V DC隔離保護(hù)的雙向數(shù)字量輸入通道。這32路開關(guān)量輸入通道用于位置檢測如接近開關(guān)、汽缸定位控制的磁性開關(guān)等檢測開關(guān)量的輸入接口。輸入電壓為5～24V DC。為減少外部直流電源，檢測器件全部選用24VDC供電。
PCL-734提供32路具有1000V電壓保護(hù)的隔離數(shù)字量輸出通道。每8個(gè)通道包含有8個(gè)共發(fā)射極的達(dá)林頓三極管和感性負(fù)載的積分抑制二極管。因此，在控制24V直流電動(dòng)閥時(shí)可不再外接卸流二極管。對于汽缸控制電閥全部選用24VDC直流電動(dòng)閥。直流電動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)電流為100mA，而PCL-734輸出通道的最大承載電流為200mA。
PCL—833有3個(gè)獨(dú)立的24位計(jì)數(shù)器。其最大正交輸入速率是2．4MHz。用于正交解碼加減計(jì)數(shù)。并且通過軟件可設(shè)置為2、4倍頻方式來提高檢測的分辨率。
3 檢測原理
3．1 檢測接口電路
系統(tǒng)使用PCL-833的一個(gè)24位計(jì)數(shù)通道用于正交解碼加減計(jì)數(shù)，記錄可讀汽缸的正交輸出信號(hào)．由于PCL-833外接供電單元為5VDC，而可讀汽缸的供電電源為24VDC。因此，在計(jì)數(shù)卡和可讀汽缸之間加入了光電隔離轉(zhuǎn)接電路。TIL110光電藕合器可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用，使兩個(gè)系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響。另一方面，TIL110光電藕合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)電路是低阻抗電路，對噪音的敏感度低，因此提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。TIL110的輸出端接一個(gè)帶施密特整形的反相器MC74F14，作用是進(jìn)一步提高抗干擾能力。施密特觸發(fā)電路的輸入特性有一個(gè)回差。輸入電壓大于3．5V認(rèn)為是高電平輸入，小于1．5V才認(rèn)為是低電平輸入。電平在1．5～3．5V之間變化時(shí)，則不改變輸出狀態(tài)。因此信號(hào)經(jīng)過MC74F14之后更接近理想波形，使計(jì)數(shù)卡計(jì)數(shù)更準(zhǔn)確、可靠。具體電路如圖3所示。

3．2 檢測原理
當(dāng)輸送線上的振簧輸送到檢測汽缸工位時(shí)，檢測汽缸的控制電動(dòng)閥打開，汽缸推動(dòng)在V型槽上的振簧頂向可調(diào)基準(zhǔn)，這時(shí)汽缸的位移為b，如圖4所示。圖中a的值可事先測量知道，從而可求出，x=a-b,x的值即為振簧的高度。通過計(jì)算選定汽缸內(nèi)徑的大小，保證汽缸的推力能推動(dòng)振簧的平移，推力大小不會(huì)造成振簧的變形，從而保證對振簧的檢測精度不會(huì)造成影響。

從圖4可以看出，可讀汽缸輸出的脈沖當(dāng)量為0．1mm，將PCL—833設(shè)置為4倍頻模式，系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0．025mm。這樣將進(jìn)一步提高系統(tǒng)的檢測精度。
4 軟件流程
系統(tǒng)軟件采用VB6．0開發(fā)，運(yùn)行于WIN98平臺(tái)。系統(tǒng)程序根據(jù)功能分為開關(guān)量處理、計(jì)數(shù)量處理、檢測參數(shù)查詢、檢測參數(shù)測覽及檢測參數(shù)打印等模塊。其中開關(guān)量和計(jì)數(shù)模塊的處理通過調(diào)用研華I／O模板自帶的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)。在對PCL-833計(jì)數(shù)模板計(jì)數(shù)值處理時(shí)，為保證計(jì)數(shù)精度、消除由于現(xiàn)場干擾造成的累計(jì)誤差，在每一次開始檢測前先調(diào)用子程序?qū)τ?jì)數(shù)值復(fù)位，然后調(diào)用另一子程序取消復(fù)位，開始檢測。
在動(dòng)態(tài)檢測過程中，由設(shè)定為1s的定時(shí)器完成對輸出檢測值不斷刷新，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示的效果。在檢測過程中采用時(shí)間和讀數(shù)變化值偏差兩個(gè)條件相結(jié)合對檢測過程判斷。
流程圖如圖5所示：

5 結(jié)束語
該檢測設(shè)備在某車輛修配段投入使用，近一年的應(yīng)用實(shí)踐證明，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。其中振簧檢測的絕對精度小于0.1mm。本系統(tǒng)的使用極大地減輕了檢修工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

參考文獻(xiàn)：

［１］SMC Corpoation.SMC best pneumatics catalog application version 1.0E Copyinght(c)［Ｓ］．1998
［２］PCL-833 3-axis quadrature encoder and counter card user's manual［Ｓ］．ADVANTECH Co;LTD
［３］Advantech 32-bit DLL Drivers Developer's Reference CD-ROM Edition［Ｓ］．ADVANTECH Co;LTD
［４］［美］Darwin Boyle,等，許文軒，薛萬鵬,等譯.Visual Basic 4 開發(fā)人員指南［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997