摘要：给出了一种利用微机与可编程控制器联合作用的测控系统。该系统既充分发挥微机数据采集和处理能力强的优势，又发挥了可编程控制器可靠性高、适用于开关控制的优势，达到最佳的测试效果，该系统克服了单独采用工控机作耐久性实验时不便的缺点，也克服了单独采用可编程控制器数据处理比较困难的缺陷。使用证明这一系统能很好地完成离合器的性能试验和耐久试验。
1、引言 随着人们对车辆的需求越来越大，其安全性成了人们关注的焦点。而离合器的质量直接影响车辆的质量以及驾驶的平顺性，离合器的台架试验是检验离合器质量的重要手段，而离合器试验台测控系统的性能直接关系到离合器的测试结果。本文介绍的是我们开发的一种新的车辆离合器试验台，它按照中国行业标准QC／T66-93的要求，充分利用计算机和现代测控技术的发展为离合器综合性能参数的测试提供的先进手段，借助微机化试验台，具有如下特点： ①试验系统采用先进合理的台位型式——惯性驱动式； ②系统有良好的人机互换性，对多产品、多标准有很好的适应性； ③系统有较强的抗振动、抗电磁干扰能力； ④系统的测试与控制严格遵守试验标准的规定，对于不合理、违反规定的操作将不予响应，并给出警告信号； ⑤有一定的冗余措施，以防在计算机突然烧坏情况及其它紧急情况下，可手动操作。 由于采用了微机和可编程控制器（PLC）联合控制的方案，使得系统的测试精度、可靠性和使用方便性有很大的提高。系统软件采用VC编写，人机交互界面友好。具有自动测试、自动控制、数据自动处理、自动打印与绘图等功能。试验表明，这一系统反应灵敏、测量精度高、检测与控制效果良好，同时具有成本低、易于使用操作和可靠性高的特点。这一系统的使用提高了离合器实验的水平。
2、微机和PLC联合控制系统 常见的采用计算机控制的测控系统有采用微机和采用可编程控制器两类，采用微机的灵活性和数据处理能力强，采用PLC器件可靠性高、适用于开关控制。考虑到本系统的要求，不仅要做高精度的测试、测试项目较多，还要进行耐久性试验，单独采用微机测控进行耐久性实验时，可靠性方面有欠缺；而单独采用PLC时在数据处理的灵活性方面有不足。这样决定系统的测控采用微机和PLC联合的方案，可以提高测控系统测量的精度、灵活性和可靠性。整个测控系统的构成如图1所示。
其中模拟量的采集和数据处理由PC机来完成，开关量的输入和电磁阀的控制既可由可编程控制器来完成，也可由PC机通过RS232总线给PLC发命令，读取开关量的状态，或者发出控制指令。所有的开关量的执行由PLC驱动。做性能试验时，PC机起到总控制作用，它通过PLC控制电磁阀的动作，同时进行各种数据的采集和处理；而在做耐久试验时，PC机可以脱机不用，由PLC单独控制做一些简单的动作。这样采用计算机与可编程控制器联合测控，既充分发挥计算机数据采集和处理能力强的优势，又发挥了可编程控制器可靠性高、适用于开关控制的优势，达到最佳的测试效果，能很好地完成离合器的性能试验和耐久试验。
3、离合器试验台架的组成 采用微机和PLC联合控制的离合器试验台架系统主要由惯性试验台架、液压缸、变频器、PLC控制模块、微机控制台、数据采集系统等几部分组成。 1）惯性试验台架。台架构成如图2所示，提供系统所需驱动力和转速。台架的动力选用30kW交流调速电机，转速能够达到8000r／min，最大转矩可达60N
•m。惯性飞轮用以贮存能量，模拟机组在起步过程中，机组总质量换算到离合器轴上的惯性值；机油加热装置主要用于模拟
摩托车在工况下的机油温度的变化。另外还包括离合器安装机构、模拟离合器从动轴转动惯量的惯量块。加载系统采用液压加载的方法，由加载制动器、停止制动器、被测试离合器操纵系统组成，加载制动器用来提供从动轴上的阻力矩，停止制动器用于从动轴的停止制动，被测试离合器的操纵装置采用一个双作用油缸、阻力矩施加装置、制动器、离合器分离和接合机构。
2）液压缸。提供离合器分离、接合、制动及加载的动力。 3）变频器（VVVF）。主要是用来引起主动电机转速的变化来模拟摩托车在全工况下转速变化的装置。 4）PLC控制模块。提供主机、风机等各电机的控制，通过RS232向PLC的控制口发送0／1来控制主动电机、电涡流测功机、轴向液压缸、低速电机、制动液压缸、电磁离合器、机油加热器、液压站电机产生相应动作。 5）微机控制台。工控机作为主机，底板插槽及过渡板上有多路开关量I／O通道及面板指示器、报警器的驱动电路，还有定时器可编程转速测量电路及模拟量输入通道。 6）数据采集系统。包括温度、转矩和转速信号的调理电路，信号经采集后送人微机数据通道。
4 PLC控制模块 本系统的一大特点是采用微机和可编程控制器（PLC）联合使用的测控方案，PLC电路在本系统中主要起逻辑开关控制的作用，选用可编程控制器MK-120S作开关量控制，结构示意图如图3所示。本系统具有以下3个方面的应用。 1）控制试验设备的通断。它主要通过RS-232向PLC各端口发送0／1来控制包括离心风机、机油泵继电器、变频器、液压缸、液压站、低速电机、机油加热器、电磁离合器的通断。 2）试验设备的保护。当液压站出现异常和过载、离心风机出现异常和过载、滑台电机滑动超出范围以及试验中出现紧急情况时，试验和试验设备将自动关闭。 3）自诊断功能。软件定期检查试验外界环境，一旦发生异常情况，CPU立即采取措施以防止故障扩大，并将故障情况存储在存储器中。 PLC的端口设置如下： ①COM2连接RS-232； ②P40～P47口分别与接触器KM2，电磁阀，继电器相连，用来控制电机、液压缸、加热器和离合器等。其它端口设置如图3所示。
除了通过PLC进行控制外，系统还通过RS-232串口通信的监控跟踪程序，现场实时监控各硬件设备的连接状态。由于PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、丰富的I／O接口模块、编程简单、安装简单、维修方便等特点，使得本系统的结构得到简化，性能得到优化。
5 其它硬件电路板卡 其它硬件电路板卡包括：定时／计数板，用于对转速和转矩的测量；数据采集板，用于数据采集、波形分析和处理；D／A板，用来构成模拟电压／电流输出及数字量输入／输出。 5.1 定时／计数板 定时／计数板是与AT总线兼容的隔离型可编程多功能定时／计数器模板。可提供8路16位计数器／定时器，8路数字量输入／输出，同时还为8路定时计数器提供了8级中断管理功能。板上的3片8253可编程定时器芯片可提供9个独立的16位计数器／定时器，其中的一个用做板内时钟分频电路，其余8路供使用者使用。每路输入／输出通道均与现场信号或设备之间用光耦合器件隔离开，有效地阻断了现场地域计算机系统之间的地环流通路。技术指标如下： 1）数字I／O通道数：8路（隔离）输入／8路（隔离）输出； 2）数字信号输入频率：10kHz（方波）； 3）定时／计数器通道数：8路独立的计数器／定时器（隔离）； 4）计数器长度：16位； 5）输入频率范围：0～10kHz（方波）； 6）内部时钟范围：40Hz～2MHz； 7）占空比：0～100％。 5.2 数据采集板 数据采集板是AT总线兼容的多功能数据采集板，集A／D、D／A、数字量I／O和定时／计数器为一体。程控增益可选择1，2，4，8或1，10，100，1000。A／D转换器支持软件触发、定时触发和外触发3种A／D电路启动转换工作方式。支持8位DMA、软件查询和中断申请数据传送工作方式。A／D转换电路的触发方式分为软件触发、定时触发和外触发3种触发方式。 5.3 D／A板 D／A板是AT总线兼容的8通道D／A板。采用了12bit分辨率的高速D／A转换器，提供了8路D／A模拟输出通道，各路D／A输出通道之间相互独立，电压输出精度±1LSB。通过跳线选择，可设置模拟输出电压范围为±5V，0～5V，±10V，0～10V，1～5V，输出模拟电流范围为0～10mA，4～20mA。还提供了16路数字量输入和16路数字量输出通道，它可作为数字信号状态监视及数字量输出控制执行机构通断。
6 软件 本系统采用VC语言工具开发，具有良好的人机交互界面。该试验台具有自动测试、自动控制、数据自动处理、自动打印与绘图等功能。试验控制的执行不仅可以通过菜单和界面来进行，而且可以通过命令行来完成。软件总体框图如图4所示。
由于工作的电磁环境不好，存在比较强的干扰，除了在硬件结构方面采取了一系列电磁兼容的防护手段以外，为了保证测量数据的可靠性，在数据处理中采用了格拉布斯准则，该准则为
若某测量值Xi对应的残差Ei满足式（1）时，应该将数据舍去。 在软件中设n为固定值15，取显著水平a＝0.05，这样有
通过该算法可剔出一组数据中的异常数据，这样使得试验所测参数更准确可靠。
7 结论 本文介绍了一种利用计算机与可编程控制器联合控制的离合器测试系统，它适用于车辆各种形式的离合器各项性能及耐久性试验。由于采用计算机与可编程控制器联合控制，提高了实验台的测控水平，可进行故障判断、自动停机报警，从而实现实验过程无人看守。而PLC可编程控制器工作可靠，结构紧凑，使用灵活，节约能源。本试验系统已调试完毕并实际运行，各项参数测试结果可靠、实时、精度高。 本文所述的微机与PLC联合控制系统虽然在应用中取得了很好的结果，但以下研究工作的进一步深入，将对提高系统性能有很大推进。 1）根据控制对象的特性，结合PLC的控制特点，对系统进行优化设计，充分利用系统的资源。从而可以进一步实现系统的以下功能：对实验过程实现中短距离的测量、监控和报警，对数字信号和模拟信号状态实现实时监视和报警。 2）控制策略和参数测量方面深入研究，寻找更好的控制策略和参数测量方法，而使得所测参数更稳定和更精确。
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