蜗轮蜗杆试验台测控系统设计.pdf

祝色一你化术
蜗轮蜗杄试验台测控系统设计
刘森,白国振
上海理工大学机械工程学院,上海200093)
Design of Test and Control System of Worm Gear Test Bench
LIU Miao, BAI Guozhen
(School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)
摘要:设计了一套基于西门子 SIMOTION D
的娲轮蜗杄试验台测控系统,通过模拟蜗轮娲杄在
蜗轮蜗杄试验
工作状态下输入端的转角和输出端所受到的阻力,
蜗轮蜗杆试验台结构如图1所示。第1部分是
来测试蜗轮蜗杆的性能。介绍了測控系统的设计与蜗杆连接的永磁同步电机1和扭矩传感器,通过
方案,并在试验台上进行了测试实验。
设定电机的转速来控制蜗轮蜗杄的转速;扭矩传感
关键词: SIMOTION D;蜗轮蜗杆试验台;Lab-器用来测定蜗杆端(输入端)的扭矩。第2部分是与
VIEW
蜗轮连接的交流异步电机2和扭矩传感器,电机2
中图分类号:TP273
作为模拟负载给蜗轮加载不同的扭矩;扭矩传感器
文献标识码:A
用来测定蜗轮端(加载端)的扭矩。第3部分是支架
文章编号:1001-2257(2014)10-0028-03
和连接件,支架用来固定支撑电机以及传感器,联
Abstract: A measurement and control system轴器用来传递运动和转矩
of worm gear test platform based on Siemens SIM
电机
扭矩传感器」蜗轮杆样件
OTION D was designed, to test the performance of
电机2
扭矩传感器
worm gear by simulating the input angle and out-
图1蜗轮蜗杅试验台结构
put of resisting moment of the worm gear In wor2西门子 SIMOTION
ing condition. Design program of the system was
mainly introduced, and experiment was carried out
西门子运动控制系统 SIMOTION作为新型的
on the test platform
控制系统,集运动控制、逻辑控制与工艺控制功能
Key words: SIMOTION D; worm gear test于ー身,能够最大程度简化工程系统的开发与调试
platform; Labview
时间,同时还能保证较高的循环率和最高的产品质
量。模块化的设计顺应了模块化机器概念的趋势,
使用 PROFIBUS和 PROFINET实现模块之间的
0引言
通信,使 SIMOTION运动控制系统具有更大的灵
蜗轮蜗杆传动是目前机械上常使用的传动方活性]。 SIMOTION是一种简单,灵活的控制系
式之,用以传递空间交错的两轴之间的动力和运
统,具有如下优点:降低工程造价,提高机械性能;
动。具有结构紧凑、传动比大、传动平稳和噪声小独立部件之间的接口对时间响应的要求大为降低
等优点,获得了广泛应用。但由于它的传动效率较整个机器具有简单、统一、明晰的编程和诊断过程
低,且啮合处有较大的滑动速度,会产生较严重的
SIMOTION系统有硬件平台、工程开发系统
摩擦磨损,引起发热,使润滑情况恶化,影响蜗轮( SCOUT)以及实时软件模块3个组成部分
杆的使用寿命。因此,在产品投入使用之前,器要
a.硬件平台。硬件平台是 SIMOTION运动控
经过大量的实验确定其疲劳寿命。
制系统的基础。 SIMOTION有3种硬件平台,即基
于控制器的 SIMOTION C、基于PC的 SIMOTION
收稿日期:2014-05-16
基金项目:上海市自然科学基金资助项目(12ZR1420700)
P和基于驱动的 SIMOTON D。每种硬件平台都
《机械与电子》2014(10)
蜗轮蜗杆试验台控系统设计
都
电一你化示
具有针对特定应用领域的优势。而不同的硬件平源;电机模块A,B分别作为输人端和加载端伺服电
台也可组合在一起用于处理复杂的控制任务,这是机的供电电源。
SIMOTON的一个独特优点。本设计采用的SIM
d.输人端、加载端电机。选择西门子伺服电机
OTION D,是集成在新的 SINAMICS S120多轴驱
e.输入端、加载端扭矩传感器。选择 Kistler公
动系统的控制模块上,特别适合紧凑和模块化设计。司的扭矩传感器。
b.工程开发系统。 SCOUT是用于调试SIMO
SIMOTION采用一体化的集成连接方式,控制
TION的工具软件,可以完成运动控制、逻辑控制与器D425和驱动器 SINAMICS之间采用 Drive
工艺控制的工程开发问题以及驱动器的组态与调CLIQ高速通讯方式,通讯速率可达到适合于数据
试,并且还能够实现电机动态特性的调试、故障诊序列增长(衰减〕速度过慢的场合。
断等功能。
c.实时软件模块。这些模块提供了众多的运动4系统软件设计
控制以及工艺控制功能。用户可以根据需要灵活
蜗轮蜗杄试验合功能需求
地选择合适的工艺对象,以满足机器所需要的功能。
针对蜗轮蜗杆的试验项目及内容,对蜗轮蜗杆
系统硬件组成
试验台提出了以下控制要求
a.要求实现输人端伺服电机给定位置(扭矩)曲
根据蜗轮蜗杆试验台的功能需求,选择西门子。线,同时加载端伺服电机给定扭矩(位置)曲线进行
SIMOTION D4425控制器以及 SINAMICS S120驱同步运动。输人端电机和加载端电机根据给定曲
动器功率部分,确定试验台的控制方案如图2所示。线运行,实现不同速度下的功能实验。
装有 SCOUT软件的PC机
b.能通过PC对数据进行同步采集,包括输入
以太两通讯
端扭矩、转角和转速,加载端扭矩、转角和转速。
+24V电源
c.能够对上述参数自由设置监控极限,从而在
DRIVE-CLIQ
预设的试样件破坏时,试验运行会自动终止并保存
控制模块D425
电源模块
当前记录数据
端子模块
电机模块A
4.2开发平台总体设计
电机模块B
系统软件开发平台采用高可靠性的研华工业
选件板
计算机作为上位机,下位机采用西门子 SIMOTION
电源滤波器
D425运动控制器。上位机软件开发环境采用基于
电抗器
Windows的 LABVIEW图形化程序设计软件,下位
机由西门子 SIMOTION SCOUT软件控制,上位机
和下位机的软件之间采用OPC通讯协议。
输旧端伺服电机
输入端侗服电机
上下位机之间对实时采集到的数据进行实时
图2控制方案
通讯,但对控制信号则采用一次性中断通讯,这样
系统主要包括以下几部分
可以实