西门子6ES7314-6EH04-0AB0详细使用

1  引言
    随着车辆发动机性能的改进和路面条件改善，车辆高速行驶时轮胎噪声已成为主要的交通噪声源。轮胎噪声跟轮胎花纹有很大关系，主要有花纹块的撞击噪声、花纹沟的泵浦噪声、随机沙声、花纹沟内气柱共鸣等。合理地设计轮胎花纹能明显降低轮胎噪声，国内对轮胎花纹的仿声和分析已经取得了一定的进展，武汉理工大学已经开发了集花纹仿真分析和优化设计为一体的tns/ods系统[1]。虽然如此，不同的轮胎因为材料和结构等不同，需要对轮胎噪声进行实测和评判，使得成品轮胎达到低噪声轮胎的标准。
    国际上通用的轮胎噪声测试的主要方法分为室内和室外两种。室外的测试常用的有滑行法和拖车法，虽然与轮胎的实际工作状况相近，但很容易受路况、环境，天气等的影响，路面纹理影响轮胎的噪声声级高可达12db[2]。轮胎噪声室内测量采用转鼓实验台，在消声实验室中进行，可以方便地测试轮胎在不同的胎纹、荷载、气压、速度，路况等情况下的噪声。

2  系统概述
2.1 试验台的基本要求
    试验台的工作原理如图1所示，转鼓试验台上的滑动台前进，把轮胎压在转鼓的表面上，启动液压伺服系统调节轮胎载荷，载荷范围为0～5t，同时可以调节转鼓的速度，使轮胎被动旋转，以达到模拟轮胎在路面上滚动的工作状态。

图1  转鼓试验台工作原理图

    轮胎噪声室内测量的专用试验台采用转鼓实验台，在消声室中进行。将待测轮胎固定在转鼓上，使其以一定的速度模拟在不同粗糙度的路面上滚动，测量的位置距离轮胎1.2米的范围内，获取的信号通过频谱分析仪记录噪声强度和频谱。主要试验仪器采用声强探测器和频谱分析仪等。转鼓台系统具有很好的试验测试能力，可以完成以下测试工作：
    (1) 特定花纹的轮胎在不同的车速(转鼓的线速度)下的运行情况。通过转鼓调速，方便解决了建造长距离跑道和外部干扰等问题。
    (2) 特定花纹的轮胎在不同模拟路面(光面和粗糙)下运行的情况。只需要将不同的模拟路面的模型套在转鼓表面上，常见的有沥青和水泥等路面的运行情况。
    (3) 特定花纹在不同的载荷时的运行情况。载荷由液压系统调节，可以模拟轮胎的不同载荷时候的运行情况。
    (4) 不同的轮胎花纹测试。试验台上可以换上不同的轮胎，具有快速简单的优点。
    (5) 相同荷载不同轮胎气压测试。
2.2 消声室设计
    为了降低环境噪声对测试结果的影响，正确测试评价分析噪声，需要建立消声室。消声室分为全消声室和半消声室，轮胎噪声的室内测试采用半消声室。半消声室是在测试空间建立一个半自由声场(五面吸声，地面反射)，根据iso3745噪声测试规范的要求，结合系统的特点，消声室设计的具体参数指标如下：
    (1) 可用空间：
    (2) 本底噪声声功率级spl<40db;门隔声量l>35db。消声室本底噪声指消声室本身的噪声，通常用a计权声压级来表示，在精密级测量中，规定消声室本底噪声必须小于被试产品的噪声值在6-10db以上。
    (3) 尖劈的长度l>80cm(适用于1/4波长理论)，满足吸声系数在截止频率以上为0.99(以截z尖劈为例)，截止频率为125hz，墙面半自由场地面的反射系数为95%以上。尖劈选用二劈结构，采用离心喷吹玻璃棉板吸声材料，吸声尖劈双饰面，内层为白色玻纤布，外层为白色酚醛塑料窗纱。
    (4) 独立弹性悬浮隔振地基。本底振动(f=10hz～240hz)，s<0.5cm，
    
    消音室自由声场的鉴定是依据iso3745规定的消声室自由场鉴定方法进行测试。即在125hz以下和4khz 以上采用1/3倍频程中心频率间隔单频信号，在 125hz～4khz 之间采用倍频程中心频率间隔单频信号，测出实测声压级和理论声压级之间的差值，对比iso 3745规定的大允许差值，可确定出允许的测量半径和满足标准的自由声场空间区域。

3  控制系统的设计
3.1 转鼓控制系统
    转鼓试验台工作时主要完成试验台的前进与后退、轮胎载荷调节和转鼓线速度的调节等功能。参照国际规范，转鼓直径要求为1.7m，轮胎运转线速度0～300km/h，可以实现无级调速，由于精度要求高，采用西门子6ra70直流调速系统，操作台的移动和荷载调节采用液压伺服控制。控制系统的组成如图2所示，可编程控制器采用西门子s7-200 cpu226，通过port1串口与直流调速系统6ra70串行通讯，采用西门子控制与驱动专用uss(universal serial interface protocol 通用串行接口协议)通讯协议，port0则通过mpi协议与触摸屏和工业电脑ipc组成一从两主的网络，ipc和触摸屏都可以实时监测plc的运行。

图2  系统组成框图

    信号的采集和输出控制采用em235扩展模块处理。现场需要测量的模拟信号有液压压力、转速和位移、轮胎温度、油温和室温，模拟输出控制的对象是伺服放大器。plc开关量设计如附表所示，主要分为液压缸操作、直流调速操作和信号指示和报警。

3.2 液压伺服控制系统
    采样液压伺服控制能实现轮胎载荷大、精度高，使用简单等要求，液压伺服控制的原理如图3所示。整个液压系统的动力是来自液压泵，通过伺服放大器控制阀门的开度来调节压力的大小，液压缸是按照伺服放大器的规律来执行相应的动作，操纵杆可以方便地切换需要控制的对象，试验台的前进和后退和轮胎的载荷调节都可以独立操作。轮胎载荷的自动调节由plc来控制，plc通过实时测量液压压力的变化，对比轮胎载荷的设定值而得到偏差，再根据偏差来调节伺服放大器的开度。在软件的具体实现采用模糊pd来进行偏差调节，能快速跟踪压力的变化而又不失控制精度。

图3  液压伺服系统原理框图

3.3 直流调速系统
    直流调速系统6ra70是西门子全数字紧凑型整流器，可向直流驱动用的电枢和励磁供电，额定电枢电流从15a至2200a不等。配备有g-sst1、g-sst2和g-sst3共三个串行接口。g-sst1的运行在rs232和rs485标准/二线模式，g-sst2和g-sst3采用 rs485标准/二线或四线模式。系统采用g-sst1口和uss协议实现plc与直流调速系统的通讯。uss协议是 siemens传动产品通用的基于串行通讯协议。uss协议是主-从结构的协议，规定了在uss总线上可以有一个主站和多30个从站，从站只对主站发来的报文做出响应并回送报文，从站之间不能直接进行数据通讯。
    直流调速系统6ra70的用法跟变频器相似，除了一般的操作参数设置之外，必须正确设置电机参数、编码器参数和通讯参数。以下是编码器和uss1通讯口的参数设置。
    旋转编码器参数设置：
    p083=2  由脉冲编码器提供的反馈速度值
    p140=1 选择相位差90度的二脉冲通道编码器
    p141=1024 编码器脉冲数是1024
    p142=1 编码器输出 15v信号电压
    p143=3000 编码器大运行速度3000转
    uss1(pmu：x300)通讯设置： 
    p927=6 指定pmu+g-sst1接口修改参数
    p780=2 g-sst1接口 选用 uss 协议
    p781=2 g-sst1过程数据(pzd)的数量为2 
    p782=127 可变数据长度
    p783=6  g-sst1接口波特率设为 9600
    p785=0 总线终端负载为off，p785=1时为on
    p786=2 站地址(1-30)
    plc的编程比较简单，在安装了uss protocol的项目中，经过调用uss_init初始化之后，通过uss_r -pm_w和uss_wpm_w对直流调速系统16位无符号整数的读写，32位无符号的整数和浮点数分别采用uss_rpm_d、uss_wpm_d和us -s_rpm_r、uss_wpm_r。

4  结束语
    轮胎噪声室内转鼓试验台测试系统可以模拟汽车轮胎在实际路面上的正常滚动，并且对轮胎所发出的噪声进行测试与分析，包括了不同的轮胎(胎面花纹不同)以及轮胎在不同的气压、载荷、速度、路面条件下轮胎噪声的测试。通过功能扩展，此系统还可以进行相关轮胎性能的测试，如滚动阻力、抓地力和耐磨性等的测试，为轮胎橡胶工业提供一体化的轮胎分析测试解决方案，在此基础上为低噪声轮胎的设计与开发提供有效的研究依据。