【毕业学位论文】（Word原稿）子午线载重轮胎动平衡机系统研究-软件工程

目录； 硕士学位论文 （专业学位） 子午线载重轮胎动平衡机 系统 研究 学院（所、中心） 软件学院 专业名称 软件工程 职业类型 工程硕士 研究生姓名 李悦 学号 0821170368 导师姓 名 尹长青 职称 博士 教授 二 一 三 年 四 月 目录； A in 0821170368 2013 录； 子午线载重轮胎动平衡系统研究 李悦 同济大学 目录； 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签 名： 年 月 日 目录； 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论 文作者签名 目录； 摘要 分析轮胎动平衡试验机的工作原理、数学模型。阐述了轮胎载重动平衡试验机的测控系统硬件软件组成结构、工艺流程、现场总线和以太局域网技术。文中介绍 通滤波、 里叶变换，不平衡量的提取等数字信号处理方法。上位工控机测控软件机采用 为开发平台，建立动态连接的数据库，具有各类报表管理和查询等功能 。 关键词：轮胎动平衡、量标定、信号处理、 换、 波、数据库 目录； s s it he of AN of IR 录； 目录 第 1 章 引言 .未定义书签。 论 . 错误 !未定义书签。 究背景 . 1 究内容 . 1 文的组织结构 . 2 求分析 . 2 第 2 章 全面认识 动平衡 . 3 平衡 需求概述 . 错误 !未定义书签。 平衡 的 工作原理 . 错误 !未定义书签。 平衡的数 据采集 . 错误 !未定义书签。 平衡机的数学 模型 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 动平衡机微型计算机测试系统 结构 .未定义书签。 重轮胎动平衡试验机检测控制系统硬件结构 . 错误 !未定义书签。 验机测控系统软件构成 . 错误 !未定义书签。 控系统硬件构成 . 错误 !未定义书签。 子测量系统 . 错误 !未定义书签。 据采集分析系统 . 错误 !未定义书签。 动控制系统 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 检测参数及数字信号处理 .未定义书签。 平衡机检测的参数 . 错误 !未定义书签。 据采集 . 错误 !未定义书签。 号处理 . 错误 !未定义书签。 信度计算模块的实现 . 错误 !未定义书签。 则集定义 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 测量的工艺过程 .未定义书签。 第 6 章 气控制系统组成 .未定义书签。 目录； 服运动定位和速度监控 . 错误 !未定义书签。 场总线和工业以太网技术 . 错误 !未定义书签。 子测量和数据采集系统 . 错误 !未定义书签。 控机智能测控软件 . 错误 !未定义书签。 能简介 . 错误 !未定义书签。 平衡数据采样与 数字信号处理 . 错误 !未定义书签。 胎跳 动度测量处理 . 错误 !未定义书签。 据库和报表管理 . 错误 !未定义书签。 第 7 章 结束语 .未定义书签。 致谢 .未定义书签。 参考文献 .未定义书签。 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果 .未定义书签。 致谢 第 1 章 引 言 论 随着轮胎行业的迅速发展，国际和国内市场对子午线轮胎的需求量大幅度攀升，而轮胎出口量的急剧上升，对子午线轮胎的均匀性、动平衡、不圆度 （跳动度）等质量指标提出了越来越高的要求。为保证轮胎生产的质量，提高轮胎生产的关键工艺技术，轮胎动平衡和不圆度的检测已成为轮胎生产企业的重要环节。轮胎动平衡机智能测控系统综合机械、气动系统、系统辨识、自动控制、光学、计算机软硬件、数字信号处理、理论力学和数据库等多门学科，是一种高速、高精度的综合测控设备。 究背景 随着人民生活水平的提高，汽车成为人们生活中的一项重要补充品进入人们的生活。相应的带来了轮胎的应用高峰期。国内外需求量的增加，对于轮胎的安全系数的有了更高的要求。轮胎动平衡检测设备的需 求量明显增大。而目前该设备尚依赖进口。为填补国内空白，特提出开发动平衡机项目。 究内容 轮胎动平衡机软件是动平衡机的核心部分。他将采集 出的数据 通过相关处理计算直接从人机界面上反馈出来。便于监控，以及进行相关处理。 致谢 文的组织结构 本文后续各章的具体组织如下： 第二章是 动平衡原理介绍，详细介绍了动平衡机的 需求 、工作原理、以及数学模型等 第三章是系统的 架构 部分，详细介绍了系统的 软硬件搭建结构。以及组图。 第四章是 数据采集以及信号分析部分。 分别对 采集方式方法，以及信号分析方法，算法进行具体 分项说明 第五章是 工艺流程介绍 第六章是 气系统组成进行详细说明。包括硬件组成，软件运用，人机界面等 求分析 该系统是 目前国内关于该 部分详细资料非常少 。动平衡机 系统是相关系统是设备与人实现交互的 基本途径。 致谢 第 2 章 认识动平衡 由于轮胎材料、质量分布的不均匀性， 材料密度不均匀，几何结构不对称 ， 加工和装配误差等原因， 使得轮胎的质心的惯性轴线与 回 转轴线发生偏离，当 轮胎 高速 旋转 时 ， 引起离心惯性力、惯性力矩的不平衡 ， 这些不平衡的惯性力、惯性力矩将通过轴承作用在机 架及安装基础上，引起振动，产生噪声，加速机械结构的磨损， 严重时安装到汽车上以后极易造成安全事故。因此一般轮胎在出厂前或维修后都要经过动平衡的测试，以确保轮胎的质量，消除安全隐患。 求 概述 车轮的动平衡性是指车轮旋转时，各方向上离心力的不同程度，是考核轮胎质量的一个重要参量。当轮胎动平衡状态好时，轮胎旋转过程中各方向上受力基本相同，动平衡状态不好时，则向某个方向的离心力过大或过小，从而影响轮胎质量，严重时安装到汽车上以后极易引起运行中爆胎，造成安全事故。因此一般轮胎在出厂前或维修后都要经过动平衡 的测试，以确保轮胎的质量，消除安全隐患。动平衡的测试由动平衡机来完成。 的工作原理 ： 动平衡机的工作原理为：首先启动电机带动轮胎旋转，由于不平衡参量的存在， 就会产生对主轴系统的简谐振动信号， 使得轮胎各方向上施加于压电传感器上的离心力被转换成电信号。通过对该信号连续致谢 测量，再由计算机系统对该信号进行分析， 计算出不平衡量的大小及相位， 并由显示系统显示出来。 为了满足最小不平衡量即灵敏度的要求， 系统中传感器及 A/D 转换器必须选用高灵敏度和高精度产品，同时为了保证重复性的要求，计算机系统必须对电信号进行多 次测量，因此要求计算机系统的 进行高速采样和高速运算。 、 平衡机的数据采集 检测 数据包括 轮胎的动 静不平衡量、力偶不平衡量、上、下两平面不平衡量及相位， 轮胎径向圆度偏差 (顶部、中央、底部 )、侧向圆度偏差 (顶部 、底部 ) 、鼓包和凹陷 (顶部、底部 )等 参 数， 这些数据不仅 能科学地定标轮胎的质量分布和平衡质量，而且能用来指导对轮胎的不平衡校正，使轮胎的剩余不平衡量达到最小值，从而达到改善、提高轮胎平衡质量的目的。同时 这 些数据，经过归纳、技术处理可以为技术 员研究分析轮胎不平衡、不圆度产生的原因、规律提供依据，进而指导轮胎的结构设计，制造 工艺 的改进，促进子午 载重 胎质量的提高。 平衡试验机的数学模型 动平衡机 是根据转子在旋转状态下惯性离心力引起动平衡机支撑的振动量（位移、速度、加速度和振动力）来测量确定不补平衡量和相位。目前轮胎动平衡机普遍采用双面硬支撑立式动平衡机，属于测力型。 致谢 根据刚性转子的两面平衡原理，任一不平衡的刚性转子都可将其不平衡量简化至任意选择的与主轴垂直的两个校正平面上，并可在该校正平面上进行校正得到平衡。因此，轮胎的不平衡量可简化为上下校正面上的不平衡量，当轮胎旋转时由于不平衡量产生的静不平衡和偶不平衡的作用，轮胎与主轴系统随同支板一起往复平动，这种硬支撑动平衡机，其支撑刚度很大，故主轴支撑 系统的固有频率很高且远高于平衡转速，因此主轴支撑系统的振幅很小，主轴系统的惯性力可以忽略不计，所以轮胎的不平衡量是以力的形式作用在支撑上，只要测出支撑所受的力，就能得到不平衡量。硬支撑动平衡机就是根据 ， d 来确定上下两校正面上的不平衡离心力 而确定两校正面的不平衡量。为了简化分析，将轮胎轮辋看作一个整体，则轮胎轮辋主轴系统在运行过程中受力情况 图 1 示。 支撑力与不平衡力是平衡的，由力学原理物体的平衡条件可知对于主轴轴线上的中心点受到的合力及合力矩等于零。 图中各变量定义如下： 、下平面的不平衡量 1、 2：不平衡量在上、下平面的相位角 2F uF dF O 2图 1 轮胎 轮辋 主轴系统受力图平面的离心力，其 x 和 y 方向上的分量分别为 d：下平面的离心力，其 x 和 y 方向上的分量分别为 传感器在 x 和 轴承传感器在 x 和 y 方向的受力。 ：主轴旋转角速度 R：刚体半径 上、下校正平面内的离心力为： mm /分。 5102)30n(0n(（ 2 依据空间力系平衡的原理 即 F=0 M=0 轮胎 轮辋的力平衡为： （ 2 力矩平衡方程 : 0P)为参考点为参考点 （ 2 0P)l：1)l：1为参考点为参考点 （ 2 由于各种受力均为矢量，因此可以表示成为复数形式 2212 致谢 综合前面各式，可得不平衡力与支撑反力之间的关系： 0210010021012 由力传感器测量得到的振动信号为电压信号： )()K( )(10s in （ 2 其中 传感器的预紧力 有关， n(t)为噪声。（ 2中的基波振动信号为与主轴转速同频的周期信号，通过对传感器的测量，可以求得上下校正面的轮胎不平衡量。 致谢 第 3 章 动平衡机微型计算机测试系统 结构 重轮胎动平衡试验机检测控制系统 硬件 结构 该系统共分为工控 机测控系统和 硬件整体结构图如图 2所示。 制系统按照试验机相关动作要求，实现变频调速、伺服定位、气路 控制等功能，为后续测量提供必要条件。工控机测控系统调用相关程序，对数据进行采样、处理和计算，得到最终测量结果，同时提供对用户权限和数据库的操作与管理。 工控机测控系统对压电传感器传送来的代表不平衡量的电信号，经电荷放大器的调理转换成 5V 的电压信号，经工控机滤波器、高速高精度采样卡上的 A/D 转换器，进行数据采样，再经数字信号处理器软件的处理之后，计算出对应在线测量的轮胎 不平衡量值。对 经传感放大器转换成对应的电信号 10V，送入工控机，经滤波器进行高速度、高精度数据采样，测量计算出对应的轮胎真圆度和凹凸度，并予以实时显示出来。 整个工控机测控系统用于图 2 载 重 轮 胎 动 平 衡 试 验 机 C P U 单 元 组 成 结 构 图C P U 单 元高 速 高 精 度数 据 采 集A / D 转 换 器数 字 滤 波 器旋 转 脉 冲 信 号P L C 的 I / O 模 块旋 转 编 码 器启 动 开 始 信 号动 作 完 成 判 断主 轴 伺 服 驱 动器旋 转 检 出 信 号压 电 传 感 器激 光 传 感 器不 平 衡 量 测 量 ： 2 C D 显 示 器跳 动 度 测 量 用 的 位 移 数 据 ：3 C 在线测量载重子午线轮胎的动平衡及跳动度。依据生产现场触摸屏的操作命令，进行对应的量标定、偏芯校正等，在线检测由实时处理软件程序计算出上、下不平衡量及其角度，静、偶不平衡量及其角度，跳动度，并通知 制系统按规定位置打标。工控机软件系统具有数据库系统管理功能，具有报表查询、报表打印等功能 。 工控机与 制系统二者协调结合，完成整机的测试操作。 验机测控系统软件构 成 轮胎动平衡 /跳动度试验机测控系统软件是测控系统的关键核心所在，主要包括工控机智能测控软件和 者可以通过以太网进行信息交换，命令传递。工厂管理级信息网络可直接挂接在以太网上，进行信息上传，实现设备级的信息集成。 试验机测控软件总体结构如图 3所示。 工控机测控子系统轮胎主轴伺服电机正交编码器与计数器电荷放大器激光传感器5 传送通讯卡椭圆数字低通滤波器以太网卡交 换 机人 机 界 面H M 以 太 网致谢 控系统硬件构成 测控系统硬件全部集成于一台工业计算机中， 测 控系统 主要由电子测量系统，数据采集分析系统，自动控制系统三大部分构成。 电子测量系统 本系统由压力传感器、低通滤波器及电荷放大器组成。压力传感器得到的微弱电信号 经放大滤波处理后得到 5V 的差分模拟电压信号，再送数据采集分析系统进行处理计算。 滤波放大后产生一个10V 的 模拟电压信号，再送数据采集分析系统进行处理计算。 数据采集分析系统 本系统以工业型计算机为核心，扩展 A/D 数据采集卡收集由电子测量电路送来的模拟电压信号，扩展中断数字量输入卡监测 轮辋零度信号，软件通过快速傅里叶算法及数字滤波算法，以及动平衡机的相关理论算法处理后计算出轮胎不平衡量的大小及角度数据，通过 件与自动控制系统进行数据交换。通过 据库编程技术与系统数据库进行过程数据的实时读写操作。 动控制系统 系统是实时性要求很高的测量设备，同时测控软件有大量涉及T 核心的中断调用，以及大量的计算，选用 于提供独立于 源的供电，存储器卡选件可通过后备电池 对处理器数据进行保持。 工业计算机通过 接现场总线 接到外围设备伺服驱动定位及变频器分站。本地输入输出模块用于设备的机械动作顺序控制。扩展了 1 块 高速计数器单元，连接与主轴同步的编码器，用于对主轴转速及转角的监控，同时利用 它 的锁存功能监测上下轮辋的 0 度错位的角度，并通知 制主轴伺服电机及时纠正。 系统 5台交流伺服电机，分别为主轴伺服电机，上轮辋升降伺服电机及 3台激光测量伺服电机，均采用闭环控制。其中主轴在测量过程中，其转速及角度是通过 高速计数器 进 行闭环监控的。上轮辋升降致谢 伺服电机采用绝对值编码器，驱动滚珠丝杠使上轮辋升降运行，使用运动控制模块进行定位控制。用于设备现场的人机界面，通过 工业计算机相连，完成设备操作及部分参数修改的任务。 致谢 第 4章 检测参数及数字信号处理 平衡机检测的参数 动平衡机检测的参数包括： 主轴及轮辋的转速、基准 0相位、和支架振动信号 。 据采集 主轴及轮辋的转速用旋转编码器，基准 0相位采用一路光电开关，支架振动信号采用两路压电传感器。 支架振动信号为周期性的振动信号。同时为增加采集数据的精度， 在每一个采样周期内对两个压电信号进行等间隔的 3次采样 ，并求平均值作为一个采样点数据。光电传感器经整形后产生脉冲信号作为基准 0相位。（可用旋转编码器的 度脉冲信号）。 在理想情况下，由不平衡量引起振动，通过传感器转换后有用信号为 式中： 不平衡量成正比；为不平衡量相角。然而，平衡机工作时会受到干扰，通常干扰按频率分为同频干扰、高频干扰和低频干扰。 同频干扰主要是由于驱动主轴箱内的主轴 (含轴上零部件 )存在较大不平衡，旋转时产生同频振动 ，通过改进机械系统结构、反复标定测试系统，可以去除这种干扰，从而使同频干扰产生的假平衡小于o 2频干扰主要有支承系统固有频率 (300 一 400 动干扰，电机轴承润滑不良、疲劳损伤、滚轮外因磨损、齿轮箱传动等引起各种电磁干扰，其它各种瞬态高频干扰。低频干扰的来源是由于外界的冲击振动，这种低频振动经传感器输出表现为干扰电信号此外，电子电路静态工作点的温漂，也是一种低频干扰的来源。 由于皮带轮传动、轴承和基座等各种振动源的干扰，测振传感器的输出不仅有不平衡量引起的基频振动信号，还含有各种频率 成分的干扰信号，使测取信号的信噪比大大降低，给信号分析和识别带来了困难，其结果直接影响到动平衡检测的精确度。 致谢 号处理 离散傅里叶变换 (以等效为一个线性相位 于此特点，可把动平衡检测信号中由不平衡量所引起的基频振动分解出来。进行动平衡实验当转速稳定后，从基准零位开始，以 10500个数据，进行 可得到不平衡质量的幅值和相位图为离散序列的振幅频谱图。 由测取的 轮 胎 动平衡转速，可确定不平衡量的特征频率根据不平衡量特征频率 (在振幅频谱图上可分别求出上、下不平衡量所引起振动信号的振幅，相位可由相位频谱分析和标定计算求得。采用基于 车轮动平衡检测中信噪比低、信息量少、难以识别和分析的时域信号转化为频域进行分析，由测取的不平衡量的特征频率和相应的频谱，有效地解决了求不平衡量的幅值和相位的问题实验结果证明，在车轮动平衡检测中，采用 平衡精度小于 2。 基于离散傅里叶变换的数字滤波方法是一种较有效的消除干扰的途径对信号 X（ n）进行 得频谱X(k)， 个带通滤波器。如图所示。 个带通滤波器。在转子动平衡机中， A 了便于运算，提高信噪比，每周采样点数 N512，采样间隔 24 4 s通过频谱分析，提取有用信号，即频谱分析后的基波 X(1)由于采样. n )直 流 通 路基 波 带 通 滤 波 器N - 1 次 带 通 滤 波 器X （ 0 ）X （ 1 ）X （ N - 1 ）D F T 等 效 为 N 个 带 通 滤 波 器致谢 点数多，尽可能设法减少计算量意义重大。 1、 散傅里叶变换， 对 式中 显然，求出 (k)需要 N 次复数乘法， N()次复数加法。 2 事实上，在 N 2M，时间抽选 级迭代计算，每级由 N 2个蝶形单元组成在每个蝶形计算中，包括一个复数乘法、两个复数加法，同时还有码位倒置等寻址运算。采用 成 N/2） 如 N 1500)，与直接计算 3 直接计算 X(1) 取出式 (1)中的 X(1) 3） 在 平衡机中，要提取的有用不平衡量振动信号是基波 X(1)，若直接计算 X(1)有 一 1复数加法，且需要存储 子， n o， 1， 由于在频谱分析中只提取有用的基波 X(1)，而不关心 X(2)， X(3)， X()，所以与 算量成倍减少。 致谢 4 快速计算 X(1) 利用 子的对称性， W ：可把 X(1)的计算次数进一步减少。 将式 (3)表达式 X(1)改写为 式 (4)进一 步表示为 ；， 由于 W ，把式 (5)合并为 由式 (6)可见，计算 X(1)只需要 N 2次复数乘法， N 2 1次复数加法以及 N 2次实数加法，只需要存储 N 2个 n 0， 1， N 2 1，且没有码位倒置等寻址运算与直接计算 X(1)相比，计算量近似减半。 对于在通用微型机 (如工控机 )中进行频谱分析，减少复数乘法量运算意义特别重大，快速计算 X(1)是一种保证计算机处理实时性的有效方法。 5、不平 衡量提取算法 不平衡量幅度与相位提取平衡机测试系统中要解决的关键问题之一是如何真实地检测出不平衡量所对应的正弦波幅值 。 (角频率 0由转子转速确定 )由于 )N/j)N/ O 式 (6)改写为 )7) . . . . . . . . (N/ I N)2/)n(X(j)N/ O S)2/)n(X()1(X 12/0n 令 X(1) R十 中 )8.(. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .)N/ O S)2/)n(X(R 12/致谢 )9) . . . . . . . . (N/ I N)2/)n(X(M 12/ 则基 波幅度为 )10.(0R 2 其大小与不平衡量成正比，实际动平衡机测试系统应进行精确标定基波相角为 1 R) 0十 . (11) 实际测试系统由于受转子旋转方向、放大器相移的影响且与基准有关，故也应进行精确标定。 图 2和图 3所示为某两个转子的采样波形及 6、对白噪声的抑制 对理想白噪声，其功率谱密度 )(S 是均匀的，经 有频谱在基带内的 噪声部分混在 X(1)中有输出，因而经 N： 1然而在实际中，由于叠加的是非均匀噪声信号，信噪比达不到如此高。 7、对高频干扰的抑制 高频干扰频率成分主要是 300400应频谱主要为 X(50)，X(60)，经 (1)，因而高频干扰基本上都得到了抑制经 8、对低频干扰的抑制 低频干扰的频谱主要集中在 X(0)附近，经 能量得到了有效的抑制，同样，对不平衡量 幅度和相位测量的影响不大。 9、采样点数的确定 一般来说，采样点数较大时，有利于信噪比的提高但同时要求 A 行 过实验对比，取 1500较为合适。 在通用微机上采用如上所列的快速算法进行离散傅里叶变换，并在频域提取不平衡量所对应的幅度和相位，不平衡量幅度测试精度达 4 m，相角小于 2。对于同频干扰问题采用数字滤波的方法也不能解致谢 决，只能通过反复标定测试系统来校正。 轮胎动平衡 /跳动度试验机测控系统软件是测控系统的关键核心所在，主要包括工控机智能测控软件和 控制软件两部分，二者可以通过以太网进行信息交换，命令传递。工厂管理级信息网络可直接挂接在以太网上，进行信息上传，实现设备级的信息集成。 致谢 第 5章 测量的工艺过程 动平衡试验机的工艺流程分成五个工位，包括 （ 1） 输入工位 ：将轮胎逐个输送到润滑定中工位。 （ 2） 润滑定中工位 ：对输送来的轮胎进行子口部分的润滑，目的是为了在测量时能够轮胎与轮辋紧密配合，便于轮胎的装卸。在此处配备了润滑液自动喷淋系统，使轮胎润滑均匀。在该工位自动测量轮胎的外径、内径和断面宽度，判断对应的轮胎型号。 （ 3）、 主轴测量工位 ：整套设备的核心部分，进行轮胎的旋转测量。所有的精确定位运动都在此工位执行，动作的精度是否合格直接影响测量结果的正确与否。在线进行检测，测试项目包括上、下不平衡量及其角度，静、偶不平衡量及其角度，轮胎的胎侧和胎面的凹凸度、跳动度。 为满足用户的需要，在测量工位配备了 轮辋自动更换装置，便于进行不同规格轮辋的更换和安装，操作简单、方便。 （ 3） 打标工位 ：根据其测试结果（包括动平衡和跳动度）进行综合级别（五级），热压式打标。打标位置 ,由用户自行决定 ,可选择上 /下不平衡量、静 /偶不平衡量的轻点 （或重点）。 （ 4） 分级输出工位 ：将测量后的轮胎分级输送出去。 在测量开始后，需要通过 I/信号采集、滤波等后续工作提供条件。开始测量后，在润滑工位测量轮胎尺寸，确定对应的轮胎规格，工控机通过以太网将该规格致谢 发送给 外，不平衡量、跳动度经测量计算得出结果后，工控机也要把这些数据传送给 这些数据显示在触摸屏上。 致谢 第 6 章 所示 。 括 756 太网通信模块 1756 块 1756 8 轴运动模块 1756 制软件主要由设备逻辑控制模块、伺服定位模块以及主轴转速和角度监控模块等组成，使用 司的编程软件： 000 作为开发平台。 000 集系统配置，运动控制， 程于一身，2 2 0 5 q m S V 2伺 服 S V 3伺 服 S V 4伺 服 S V 5输 入 运输 带 变频 器润 滑变 频器 1润 滑变 频器 2升 降组 变频 器 1升 降组 变频 器 2打 印 辊道 变 频器输 出组 变频 器图 4 P L C 控 制 系 统1756 1 2 3 4 567 8 9101112131415161756 S V 1P 功能强，操作简便。 制系统按照整个系统自动控制的要求，完成变频调速、伺 服定位、气动部份的机件上升、下降及夹紧动作，完成轮胎输送润滑、主轴高精度定位、打标器打标等一系列的动作。 工业计算机通过 接现场总线 接到外围设备伺服驱动定位及变频器分站。 系统 5 台交流伺服系统，分别为主轴伺服电机，上轮辋升降伺服电机及 3 台激光测量伺服电机，使用 8轴运动控制模块进行定位控制。用于设备现场的人机操作界面，通过 工业计算机相连，完成设备操作及部分参数修改的任务。 轮胎测量的主轴旋转和上轮辋的升降运动采用 司的伺服驱动系统采用光纤通信的 000 系列集成式伺服驱动器 。通过8 轴运动控制模块连接到伺服驱动光纤网，形成串行实时通信系统供完整的 体化控制，实现高速数据传送、高精度的机械线性定位、快速实时响应，多轴联动，简化伺服系统的机构。 由于惯性离心力是与角速度的平方成正比 F= r，不平衡量具有很大的速度敏感性。所以主轴转速测量的准确性、稳定性及实时性直接影响系统的测量精度。为了进行速度测量和监控，本机扩展 4轴正交编码器和高速计数器卡 卡带 有 4个 32位四元 位编码计数器，它灵活的中断源适合于运动控制和位置控制。 1784与编码器接线连接如图 5所示。 主轴编码器为 5000 线增量型编码器，与主轴同步旋转，所以不平衡量的相位角度的分辨率为 速的测量和监视，采用 定时器定17844 轴正交编码计数器卡高速 D 型电缆接线端子1234A 相B 相Z 相0 5 N A + B + Z +2122 A B Z 相B - 相A - 相图 5 编码器速度测量和角度监控接线图致谢 时 中断方法，通过测量脉冲密度来实现。每当编码器索引脉冲到来时，启动定时中断，高速计数器对编码器角度脉冲进行计数，计算主轴电机的转速。经过 4次测量后，当速度达到要求的速度，开启索引脉冲中断。当索引脉冲到来时，引起中断，在索引脉冲中断程序中，进行动平衡和跳动度采样、处 理，得到测量值。 同时利用 高速计数器 的锁存功能监测上下轮辋的 0 度错位的角度，并通知 制主轴伺服电机及时纠正。 保证轮胎测试的条件的稳定性。 场总线和工业以太网技术 ； 轮胎动平衡试验机采用料先进的现场总线和工业以太网通信技术。 现场总线是在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字数据通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 在试验机中， 使用 现场总线 频调速控制系统连接成一个整体（如图 4 所示），形成自动化局域网。 息传输，可以把现场底层的设备直接连接起来。口模块为 1756 工控机和 气控制系统、人机界面触摸屏，之间通过交换式的工业以太网（ 行数据通信和传输，构成了轮胎智能测控网络系统。 统百兆工业以太网控制模块采用的是 司的1756 利用以太网实现上下位机数据通信。由于工业控制计算机测控软件要进行现场高速采样和数据处理，操作模式、算法变换是与 机界面紧密相关的，上位工控机通过以太网向 的 送读致谢 写命令进行读写操作， 要求发送命令和数据信息。工控机的信息管理层对 息收集，实时报告和危险预警。 工厂的信息集成网，工业以太局域网和现场总线 设备网（包括纤网 层网络有机的结合，把 信息网络和控制网络的沟通起来，实现企业管理自动化与工业控制自动化的无缝接合。这样可以利用互联网 术，进行远程监视和诊断现场设备。 工控机和 过 如数据库管理应用程序，直接对 ，可以实现基于 的不同应用程序之间的数据通讯。 某些特定情况下，需要工控机发送指定信号到 实现流程的控制。 电子测量和数据采集系统 本系统由压电压力传感器、电荷放大器及硬件 8阶椭圆数字低通滤波器组成。压力传感器得到的微弱电信号经放大滤波处理后得到 5V 的差分模拟电压信号，再送数据采集分析系统进行处理计算。 滤波放大后产生 的 模拟电压信号，直接由 14位的 A/ 485通信卡进入计算机，再送数据采集分析系统进行处理计算 。 以工业型计算机 展研华 12位 A/4通道同步采集信号， 采样频率 30A/00入电压范围 5V。板载 32 实现同步采样，使用 2组同样的电路和 A/通道的同步采集，这对动平衡测试是很重要的，如果使用一般的多通道异步采样，那么势致谢 必造成上下传感器的采样信号的相位误差，影响设备测量值的准确性。 线控制数据传输， 1714可以支持 线控制 持高速无空隙的数数据采集，