转塔机电维修训练系统研究范文

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《仪表技术杂志》2015年第二期

1系统硬件设计

因为机电维修训练单元的下位机要通过网络交换机接收来自主控软件的大量控制命令，同时还要监测转塔的状态信息，并向上位机上传转塔的实时角度信息，而普通的单片机不能满足这么多的功能要求，所以系统采用PLC(可编程逻辑控制器)作为下位机。它具有以下优点:响应快、控制精度高、可靠性好，控制程序可随应用场合的不同而改变，与计算机的接口及维修方便。转塔控制结构框图如图2所示。PLC通过变频器控制电机的旋转速度、方向，通过读取水平限位开关和竖直限位开关确定转塔模型翻转位置并保证设备安全，通过读取光电编码器确定转塔旋转位置。液压控制系统主要由液压能源回路、方位液压回路、俯仰液压回路组成。液压系统的控制采用PLC对伺服控制阀驱动控制的方法。液压控制原理图如图3所示。PLC处理差动电位计(方位角)和自整角变压器(俯仰角)来的误差信号，并控制相应的伺服阀驱动液压马达和俯仰作动筒。为达到培训操作手排故技能的目的，液压部分还设有硬件故障设置功能。根据部队维修实际和装备维护要求，直接在硬件结构上设置故障开关，模拟实装上的一些典型故障，将基本的故障现象显示出来，训练人员可以根据故障现象分析故障原因，练习排除故障的一般步骤。

2系统软件设计

2．1采用多线程机制进行主控软件设计转塔机电维修训练系统软件部分包括机电维修训练单元PLC软件和主控软件两部分，两者之间关系图如图4所示。主控软件的程序采用VisualC#．Net2008进行编写，VisualC#是一种简洁、类型安全的面向对象的语言，开发人员可以使用它来构建在．NETFramework上运行的各种安全、可靠的应用程序。使用VisualC#，可以创建传统的Windows客户端应用程序、XMLWebservices、分布式组件、客户端/服务器应用程序、数据库应用程序等。主控软件既可以与用户交互，根据用户命令向机电维修训练单元PLC软件发送控制命令，又可以接收机电维修训练单元PLC软件上传的转塔状态信息并加以显示。因此，主控软件要同时实现多项任务，包括:网络数据接收、网络数据发送、图形用户界面输入读取、后台数据处理、图形用户界面显示更新等。为设计一套多任务并行的软件系统，有两种基本的选择:多进程和多线程。为了节约系统资源，采用多线程机制进行程序设计。主控软件用户控制模块的线程主要包括UI界面响应线程、转塔角度数据接收线程、角度数据解析线程、控制命令发送线程、角度数据处理显示线程等，且线程之间均有多份数据互联相通。通过采用多线程技术允许多任务同时执行，实现了转塔的实时控制，提高了信息的处理效率。

2．2采用梯形结构进行PLC程序编制PLC的编程方式主要有梯形结构和指令语句表两种。梯形结构是图形化的语言，采用梯形结构进行编程，图形化的结构直观易识读。它与传统继电器控制回路的电气原理图相似，电气工作人员容易接受。梯形结构用连线把指令的梯形图符号连接成一个功能图，用来表达PLC运行指令的逻辑关系和实现的功能。因此，系统采用梯形结构方式编制PLC程序。机电维修训练单元的PLC软件负责根据主控软件的命令控制本系统执行机构工作从而带动转塔运动，确定硬件系统状态上报主控软件。因此PLC软件包括系统初始化模块、软件引擎模块、串口通信模块、方位电机控制模块、俯仰电机控制模块、液压马达控制模块、液压作动筒控制模块、位置传感元件读取模块等。各模块之间的关系如图5所示。系统初始化模块的主要任务是对主要内部资源进行初始化。软件引擎模块其实是系统软件的一个主循环结构，由它来检测各种状态条件，然后根据状态条件来调用执行相应模块。串口通信模块是PLC通过串口和串口网络接口转换模块之间通信的软件部分。方位电机控制模块是根据转塔方位运动机构状态和控制命令生成方位电机控制信号的软件模块。俯仰电机控制模块是根据转塔俯仰运动机构状态和控制命令生成俯仰电机控制信号的软件模块。液压马达控制模块用于根据转塔方位运动状态和控制命令之间的误差而生成液压马达伺服阀的控制信号。液压作动筒控制模块能根据转塔俯仰运动状态和控制命令的误差而生成作动筒伺服阀的控制信号。位置传感元件读取模块负责读取限位开关和编码器。机电维修训练单元采用PLC梯形图编制PLC程序，与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性，同时也与原有继电器控制相一致。

3结论

该转塔机电维修训练系统综合利用可编程逻辑控制和变频电机闭环控制等技术实现了转塔结构和故障模拟，主控软件基于VisualC#平台进行编译，增强了系统控制的实时性和可靠性。经过应用表明，该系统设计技术思想正确、设计科学、结构合理、功能齐全、性能优良，构建了集操作模拟、装备认知、原理演示等多种功能为一体的转塔维修操作训练平台，为院校教学和部队训练提供了一种有效的训练手段。

作者：陈伟元李卓伦冯超单位：武汉军械士官学校