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    在汽车的传动系统中，若采用机械式手动变速器，一般都配有同步器，其主要功能是：使接合套与待接合齿圈两者之间能迅速同步，阻止在同步之前齿轮进行啮合，防止产生接合齿圈之间的冲击，缩短换档时间，迅速完成换档操作，并延长齿轮寿命。

    同步器的性能指标直接影响变速器的效能表现，从而影响车辆的操控性，所以要在安装前对其技术性能和寿命进行一系列相关测试。

    研究基于PLC的变速器同步器测试系统，可以对同步器换挡过程中的关键参数进行实时准确的测试记录，通过对比分析处理，从而对被试同步器的性能与寿命作出客观准确的评价。

    因为PLC具有体积小、功能强、可靠性高等特点，所以采用PLC作为整个测试系统的控制核心，通过驱动电机模拟换挡过程，并且控制二个轴的转速;同时配以计算机，设定测试条件，用以高速采集测试系统中多路传感器信号，并对采集数据进行后期分析处理，并发出相应指令。

    1 测试系统组成

    汽车同步器测试系统的主要部件有：结构台体、变频电机、伺服电机、惯性飞轮、被试同步器、换挡机械手、循环润滑系统、机械手控制箱、控制柜、各种检测传感器、PLC、计算机等，测试台的机械结构如图1所示。

    注：1.交流伺服电机(0.85kW);2.减速机;3.离合器;4.交流变频电机(3 kW);5.机械手液压泵站;6.皮带轮;7.位移传感器;8.液压缸;9.润滑油喷油口;10.编码器(低速);11.组合式惯性飞轮;12.离合器;13.转速传感器(高速);14.润滑油回油口;15.两分力传感器;16.齿轮锥;17.同步器;18.拨叉;19.工作仓。

    测试台能对一定型号的同步器进行3类主要测试：连续测试、惯性测试和挤压测试，连续测试与惯性测试测量同步器动摩擦系数和耐磨损性能，挤压测试用于测量同步器的静摩擦系数，测试是在室温至120℃的润滑油环境中进行的，通过对测试台测量数据的分析与计算，观测并记录同步的摩擦性能与耐磨损性能，从而对同步器的性能作出评价。

    2 测试系统设计

    整个测试系统的核心是测控部分，首先要求实时监控系统的运行状况，以确保系统运行的安全可靠;同时在测试过程中，要求实时采集采集位移、转速、同步扭矩、轴向力、润滑油油温和流速等一系列信号数据，通过处理采集到的信号数据及由此绘出的特性曲线，分析评价被测变速器同步器的相关性能。

    测控系统由PLC、计算机、各种传感器、信号测试调理卡、驱动与控制电机等组成。测试系统由计算机和PIC共同控制，计算机作为上位机具有良好的人机交互功能，负责对整个测控系统进行监控，向PLC发送指令及数据，实现对现场设备的控制，并通过数据分析软件对采集到的测试数据进行进一步的处理，从而测试同步器的性能指标。

    因为PLC具有操作方便、可靠性高等优点，能很好地满足测试系统控制的要求，所以采用PLC来采集现场信号和输出控制信号;负责直接控制与监控现场设备，包括换挡机械手的运动控制、电机速度的调节、变速器油温控制等;传感器负责采集现场的信号，经信号测试调理卡转换成模拟量传送给PLC和计算机。

    需要指出的是：当测试开始之前，必须对变速器各个挡位位置进行预先设定，将各个挡位对应的选挡位置传感器和挂挡位置传感器数据存储于PLC的存储区，同时将机械手的控制参数如各个挡位的挂挡力、挂挡速度、挡位位置补偿存储于PLC的存储区，在测试过程中，通过对这些数据的快速查询而准确快速的模拟换挡过程。

    3 系统实现

    测控系统采用计算机与PLC综合控制。

    作为上位机，计算机中的对应控制程序基于bbbbbbs2000/XP平台系统进行开发，采用人性化用户界面，能实现试验台的自动化控制和试验数据的存储及分析处理，其主要实现的功能有：

    1)查阅、删除、分析、打印历史测试数据或曲线图;

    2)实时显示测试中的设备状态及可能出现的错误故障，按照出错等级(警告、错误、严重错误、致命错误)自动做出应对;

    3)可以预先设定试验程序，包括轴向力、加载时间、卸载时间、转速差、润滑油温度等参数，并能对同步器参数和试验工况进行编辑、保存、下载、打印;

    4)连续自动记录测试过程中的相关等数据，实时图形显示所有的测量和计算数据，并生成相应变化曲线分析图;

    作为下位机，PLC负责对现场设备进行控制与监控，PLC中的控制程序采用德国倍福公司的TwinCAT PLC编程软件编写。

    PLC中的控制程序实现的功能主要有：

    1)采集数据 因为测试环境中通常存在强烈的电磁干扰，如不采取相应的抗干扰措施，其会以传导和辐射的形式进入测控系统，严重影响测试结果，所以要从硬件和软件上加以相应处理，硬件上要采取相应的电磁屏蔽，在测试信号调制卡设置多重滤波电路，利用PLC的I/O模块带有电气隔离功能进行光电隔离;软件上采用相应算法进行滤波处理，进一步减低干扰影响。

    2)安全保护 当不当操作或测试同步器零件总成发生过早损害或其他故障(电机过载、超速、超温等)时，使试验台能够快速自动停止，对变频器具有过流、过载、过压、欠压、过热、短路和冷却风扇异常保护，对电动机具有过载和超速保护，对系统具有超速、超扭和超温保护，所有报警信号通过主控制计算机显示故障原因或故障代码;紧急停车是必须的硬件功能，可以手动执行或系统自动执行;紧急停车时加载机构处于中间位，电机通过制动单元紧急停车、机械手摘到空挡，报警器发出报警。

    3)控制换挡 PLC根据计算机发送的控制命令，提取其存储区内相应的数据，执行相应换挡动作;同时计算机通过读取相应传感器信号监视换挡动作完成情况，若选挡未能到位或换挡超时，会即刻强制空挡，起到安全保险作用;当选挡及时准确到位时，则发出下一步指令。

    4 结论

同步器测试系统是包含信号采集处理、电子电路、机械结构等学科于一体的自动控制机电一体化设备，能够完成典型的长时间、高重复性测试项目，运行稳定可靠，对于提高同步器测试自动化水平具有重要的实用价值。

    如今工业控制产品已发展到一个追求个性化、差异化的阶段。传统的 PLC 产品已经无法满足更加细分化的市场需求，为了满足这种需求，出现了 嵌入式 PLC产品。　　

       一、嵌入式PLC 　　 

       嵌入式PLC是将PLC系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以PLC的应用方式解决对象控制问题的PLC。它由两部分组成：嵌入式PLC系统软件和 芯片组 　　

       1、嵌入式PLC系统软件　　

       嵌入式PLC系统软件将PLC语言(梯形图语言)、CAN总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用PLC梯形图语言,并具有CAN总线的互连特性。　　

       该系统软件具有以下特点:1  

.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现PLC无法实现的硬实时操作;2.强化运算能力,增加了CANBUS函数库、浮点数库、专家自整定PID、嵌入式WEB等,丰富了PLC的功能;3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线;4.增加了网络互连功能,在远程端加载专用浏览器后,即可实现远程监控。　　

       系统软件包括三个部分。　　

       ①嵌入式PLC内核：　它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；　　

       ②二次开发驱动程序　通过系统软件提供的外挂任务，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；　　

       ③终端应用程序　指面向工艺流程控制的梯形图语言程序 　　

       2、嵌入式PLC芯片组　　

       EASY CORE 1.00 是一个加载了嵌入式PLC系统软件的核心芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和专用PLC。　　

       1）芯片组基本性能：　　

       ①供电：+5V 200mA，RAM掉电保护5年。　　

       ②CPU： C8051F040。　　

       ③嵌入扩展能力　　

       ·32 I/O：可复用成SPI、I2C接口及外中断、外计数、AD等。　　

       ·4 AD： 12位精度，100 KPS。　　

       ·2 DA： 12位精度，100 KPS。　　

       ④ 通信接口　　

       ·CANBUS：系统软件管理，使用工具软件CANSet构建CANBUS总线网络。　　

       ·UART0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。　　

       ·UART1：系统软件管理，用于下载CANBUS网络参数、构建RS485网络及支持第三方设备互连。　　

       二、应用开发　　

       基于加载了系统软件的核心芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式PLC产品。下面就介绍基于嵌入式PLC芯片组开发的16路输入的模拟量PLC产品（可输入标准信号或热电偶信号）。　　

       1、硬件设计　　

       硬件整体结构图如下：　　

       AI0是 芯片组 内的一个AD转换通道，P1.0—P1.4作为模拟开关的通道控制线来进行16个模拟信号通道间的切换。　　 　　 

       （1）信号采集电路　　 

       用AD公司的高精密放大器OP07构成模拟信号放大电路，OP07具有低输入偏移电压（10uV）、低漂移电压（0.2uV/℃）和宽范围的供电电压（±3V－±18V）, 可以很好地满足该产品的要求。在这里OP07由±5V供电，R18、R79作为调零电阻，输出电压由下式给出：Vout＝Vin（1＋R98/R56）。　　 　　

       （2）信号选择电路　　

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sp; 选择16通道的模拟开关CD4067构成信号选择电路，A、B、C、D、INH接到芯片组的P1.0－P1.4引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。OUT引脚接到芯片组的AIN0，即个AD转换通道。　　 　　

       2、软件开发　　

       嵌入式 PLC 是基于Cygnal公司的C8051f040芯片开发的，所以二次程序的开发使用51汇编语言。开发选择的编译器是KEIL C51，因为它可以生成我们所需要的.HEX文件。　　

       内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能b、内核结构c、内核任务管理d、内核存储空间分配。【1】由于系统软件中已经加入了232通信、485通信和CAN通信的功能，所以16路模拟量PLC的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的AD转换和PLC资源区中AD值的实时刷新上。　　

       （1）程序规划　　

       T4中断：完成AD转换和16个通道的切换程序　　

       USER_SCAN：PLC资源区中AD值的刷新。　　

       AD转换过程如下：每一通道连续采样16次，采样完后得到累加和，然后启动下一通道的AD转换。　　

       PLC资源区中AD值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路AD值的累加和求平均值后放入PLC的资源区的对应位置处。　　

       （2）程序代码　　

       3、驱动程序的嵌入　　

       在KEIL C51中编译上述程序。使用下载工具软件“DOWNHEX”，把生成的.HEX文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。到此，16路模拟量PLC的开发工作基本完成。　　

       三、功能介绍　　

       基于嵌入式PLC开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：1、采集工业现场的多路热电偶信号，2、支持三菱、台达等多家人机界面， 3、支持梯形图编程（86条指令）， 4、支持CANbus互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。　　

       嵌入式PLC的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的AD值转化成温度值。适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合PID调节，使受控温度精度可达±1℃。　　

       下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号AD值放在D5000，转换后的温度值存放在D5160中。　　 　　

       四、结束语　　

       利用嵌入式PLC 芯片组开发的的PLC产品的实例证明，本着软硬件可裁剪的原则，开发出的产品可以很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能，相信它的出现必将使得PLC生产厂家生产出越来越多的贴近终端市场的PLC。