专利名称：机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型的技术方案涉及一种自动控制器系统，具体地说是机场道面摩擦系数
测试车的电气和液压控制装置。
背景技术：
目前国内外所采用的道面摩擦系数的测量方法可分为四种类型即制动距离法、 摆式仪法、旋转式仪法以及测试车法。同其它三类方法相比，测试车法是一种最为可靠的摩 擦系数测定方法，所以该方法应用较为广泛。瑞典生产的SAAB摩擦系数测试车(简称SFT) 以及苏格兰生产的Grip Tester摩擦系数测试车是目前世界普遍使用的摩擦系数测试设 备，我国当前也主要采用这两种测试设备进行道面摩擦系数的测量。然而，现有的道面摩擦 系数测试车存在的电气控制装置和液压控制装置存在着很多不完善的地方，其一，现有的 机场道面摩擦系数测试车的液压控制装置采用单向保压方式，随着路面高低不平的变化， 其保压数值不能稳定在恒定的数值上，造成一定的测量误差；其二，现有机场道面摩擦系数 测试车的电气控制装置多采用90年代的单片机控制系统，相对车辆高速运行状态下的动 态测量，其测量响应速度、控制能力和数据处理能力都显得不足，致使摩擦系数和曲线的输 出打印速度较慢，在大型机场飞机起飞降落时，间隔时间短，在特殊天气下，急需摩擦系数， 若不能及时提供数据，将影响飞机的安全。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供机场道面摩擦系数测试车的电气和液压 控制装置，其中电气控制装置采用先进的上位机工业控制计算机和下位机PLC，克服了现 有机场道面摩擦系数测试车的电气控制装置的测量响应速度、控制能力和数据处理能力不 足，致使摩擦系数和曲线的输出打印速度较慢的缺点；其中液压控制装置采用液压缸双向 连通器，克服了现有的机场道面摩擦系数测试车的液压控制装置的保压数值不能稳定在恒 定的数值上，造成一定的测量误差的缺点。 本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是机场道面摩擦系数测试车的电 气和液压控制装置，其中，电气控制装置包括上位机、下位机、继电器、电源、打印机、放大调 理模块、传感器、信号转换电路、汽车速度脉冲信号引出端和刹车信号引出端，所述上位机 为工业控制计算机，所述下位机为PLC计算机，所述传感器包括水平力传感器、垂直力传感 器和水压传感器，液压控制装置由液压泵站、三位四通电磁换向阀、测压接头、液压蓄能器、 液压缸、电磁换向球阀、液压锁、阀块和行程开关构成，其中液压缸采用液压缸双向连通器， 由液压缸壁内的无杆腔、有杆腔、活塞和活塞杆组成；该机场道面摩擦系数测试车中的电气 控制装置中各组成部件的连接是工业控制计算机与PLC之间采用RS232串行通讯总线 进行连接，工业控制计算机还连接着打印机，PLC还与继电器、放大调理模块、水压传感器、 信号转换电路以及刹车信号引出端直接相连，继电器还连接着液压控制装置，放大调理模 块还连接着水平力传感器和垂直力传感器，信号转换电路还连接着汽车速度脉冲信号引出
3端；该机场道面摩擦系数测试车中的液压控制装置中各组成部件的连接方式是液压泵站
直接与阀块上的三位四通电磁换向阀相连接，而三位四通电磁换向阀的另一端连接着液压
锁，液压锁又与电磁换向球阀、测压接头、液压蓄能器以及液压缸相连接，液压缸另一端连
接着行程开关，上述工业控制计算机和PLC通过继电器联系液压控制装置。 上述机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，所述的电源为12V的汽车电瓶。 上述机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，所述工业控制计算机为 TPC-660G/662G工业控制计算机。 上述机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，所述PLC所采用的型号是 SIEMENS CPU 224XP CN。 上述机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，所述信号转换电路如图4 所示。 上述机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，所用的元器件均为商购或 公知的。 本实用新型的有益效果是突出体现在以下两个方面 (1)本实用新型机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置中的电气控制装 置采用了先进的上位机工业控制计算机和下位机PLC，大幅度提高了电气控制装置的测量 响应速度、控制能力和数据处理能力，从而大大提高了摩擦系数的测量精度和曲线的输出 打印速度，也就提高了机场道面摩擦系数测试车整体的稳定性和安全性，还便于上位机软 硬件的升级，以不断提升该电气控制装置的功能； (2)本实用新型机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置中的液压控制装 置采用液压缸双向连通器。对液压缸采用双向连通，会使液压缸双测获得相等的压强，利用 液压杆两测受力面积的差异使液压杆对地面的作用力稳定在恒定的数值上，克服了由于路 面高低不平变化造成的测量误差，其保压数值被稳定在恒定的数值上，显著地减小了测量误差。 总之，采用本实用新型电气和液压控制装置的机场道面摩擦系数测试车，能及时 提供机场道面的摩擦系数数据，保证了飞机的安全。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气和液压控制装置的电气控制装 置的组成结构框图。 图2是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气和液压控制装置的液压控制装 置中的液压缸双向连通器构成图。 图3是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气和液压控制装置的液压控制装 置的结构示意图。 图4是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气控制装置中的信号转换电路图。 图5是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气和液压控制装置中的传感器的 测量原理图。[0020] 图6是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气控制装置中的工业控制计算机 的主程序框图。 图7是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气控制装置中的工业控制计算机 的垂直标定程序流程图。 图8是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气控制装置中的工业控制计算机 的水平标定程序流程图。 图9是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气控制装置中的工业控制计算机 的测量程序流程图。 图10是本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气控制装置中的PLC的程序流程 图。 图中，l.液压泵站，2.三位四通电磁换向阀，3.测压接头，4.液压蓄能器，5.液压 缸，6.电磁换向球阀，7.液压锁，8.阀块，9.行程开关，IO.汽车后轮，ll.链轮1，12.链条， 13.链轮11，14.测量轮，15.链轮ni，16.水平力传感器，17.垂直力传感器，Al.无杆腔， A2.有杆腔，D.活塞，d.活塞杆。
具体实施方式图1所示的实施例中，本实用新型机场道面摩擦系数测试车中的电气控制装置包 括工业控制计算机、PLC计算机、继电器、电源、打印机、放大调理模块、传感器、信号转换电 路、汽车速度脉冲信号引出端和刹车信号引出端。工业控制计算机与PLC之间采用RS232 串行通讯总线进行连接，此外工业控制计算机还连接着打印机，PLC还与继电器、放大调理 模块、水压传感器、信号转换电路以及刹车信号引出端直接相连，继电器还连接着液压控制 装置，具体地说继电器连接着液压控制装置中的各种阀和行程开关单元，放大调理模块还 连接着水平力传感器和垂直力传感器，信号转换电路还连接着汽车速度脉冲信号引出端。 其中电源为12V的汽车电瓶，放大调理模块为商购的LAC 74. 1变送器，传感器包括商购的 PTP501型水压传感器和天津威世世铨科技有限公司生产的水平力传感器和垂直力传感器， 信号转换电路见图5，其他元器件均为商购或公知的。 在机场道面摩擦系数测试车进行机场道面摩擦系数的测量过程中，水平力传感器 (16)和垂直力传感器(17)输出信号在发送给下位机PLC之前必须通过放大调理模块，该 模块的作用是将所有传感器的微弱小信号进行放大，同时滤除掉参杂进来的无用信号，以 保证信号采集的准确性，在这里采用了LAC 74. l变送器作为放大调理模块。为了测量的需 要，还必须实时获得机场道面摩擦系数测试车的速度，为此汽车速度脉冲信号采集部分直 接采用汽车自身的速度脉冲信号，但由于汽车自身的速度脉冲信号为低电平0. 5v和高电 平1. 2v，该速度脉冲信号无法被PLC的告诉计数器所识别，因此采用如图6所示的信号转换 电路来完成脉冲信号的转换。通过该信号转换电路将1. 5v的高电平转换成为了 22v，0. 5v 的低电平转换成为了 Ov，这样汽车速度脉冲信号就能被PLC接受处理。测量过程中，有特殊 情况，需要操作者脚踩刹车踏板，一旦刹车踏板踩下，PLC接到刹车信号，即发出提轮命令， 启动液压泵站(l)，提起测量轮(14)。 另外，本实用新型机场道面摩擦系数测试车中的电气控制装置中的水压传感器， 是用来测量该机场道面摩擦系数测试车中的洒水系统中洒水回路的水压。因为机场道面摩擦系数测试车要模拟雨天湿滑路面，所以安装了洒水系统，洒水系统中有一个喷水水嘴被 安装在机场道面摩擦系数测试车测量轮(14)的正前方，在进行模拟雨天湿滑路面摩擦系 数的测量时，喷水水嘴会对地面洒水，但单位时间内的洒水量随着机场道面摩擦系数测试 车的行驶速度不同而变化，速度越快则单位时间内的洒水量越大，通过水压传感器对洒水 回路的水压进行实时检测，并配合相应的水压调节机构就可以实现对单位时间内洒水量的 调节。 上位机工业控制计算机与下位机PLC之间通过标准的RS232通讯协议进行通信。
其中上位机采用先进的TPC-660G/662G工业控制计算机，该工业控制计算机采用触摸屏液
晶显示技术，含有AMD LX800处理器，主频为500MHz，其软件采用NI公司的LabVIEW开发系
统，使得操作控制方便，软件具有很好的人机界面，操作简单并容易升级。 下位机PLC采用的型号是SIEMENS CPU 224XP CN。该PLC接受来自传感器以及
汽车速度脉冲信号数据，并与上位机工业控制计算机进行数据通信，接收上位机的命令，并
将PLC采集到的数据以及控制情况等发送给上位机工业控制计算机。PLC输出端连接着继
电器，继电器又连接着液压控制装置中的各种控制阀、离合器、启动器和状态开关单元。PLC
通过对各个继电器的控制，就可以使液压控制装置按要求来动作，实现对液压控制装置的控制。 当工业控制计算机将测量结果输出给打印机时，打印机可以随时打印出测量曲线 和数据。通过实际试验比较分析确定选择北京荣达RD-E32-SN—24微型打印机，曲线图上具 有时间、道面号、长度、速度、摩擦系数值的记录。 图2所示的实施例中，本实用新型机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装 置的液压控制装置中的液压缸双向连通器由液压缸壁内的无杆腔(Al)、有杆腔(A2)、活塞 (D)和活塞杆(d)组成，该液压缸和活塞(D)及活塞杆(d)的大小和材质是公知的。液压缸 采用双向连通，会使液压缸双测获得相等的压强，利用液压杆两测受力面积的差异使液压 杆对地面的作用力稳定在恒定的数值上，克服了由于路面高低不平变化造成的测量误差。 图3所示的实施例中，本实用新型机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装 置的液压控制装置由液压泵站(1)、三位四通电磁换向阀(2)、测压接头(3)、液压蓄能器 (4)、液压缸(5)、电磁换向球阀(6)、液压锁(7)、阀块(8)和行程开关(9)构成。其中，液压 缸(5)为液压双向连通器(见图3)。液压泵站(1)直接与阀块(8)上的三位四通电磁换向 阀(2)相连接，而三位四通电磁换向阀(2)的另一端连接着液压锁(7)，液压锁(7)又与电 磁换向球阀(6)、测压接头(3)、液压蓄能器(4)以及液压缸(5)相连接，液压缸(5)另一端 连接着行程开关(9)。现以机场道面摩擦系数测试车静止时测量轮(14)落轮(即向下移动 至地面)并产生140公斤力然后抬轮为例，加以说明该液压控制装置的工作原理由工业控 制计算机发出命令，并在PLC的控制下使电磁三位四通电磁换向阀(2)加电换向，使电磁换 向球阀(6)加电换向，启动液压泵站(1)工作，使液压缸(5)的活塞杆(d)向外伸出双向连 通工作，测量轮(14)被放下着地，液压泵站(1)继续工作，直至产生140公斤力的垂直正压 力，此时工业控制计算机使液压泵站(1)停止工作，三位四通电磁换向阀(2)断电复位。这 一过程使液压蓄能器(4)充压到正常测试摩擦系数使液压缸(5)保持所需要的压力。之所 以采用液压蓄能器(4)，是因为该液压控制装置由汽车自身的电瓶供电，因此液压泵站(1) 的功率要尽可能小，工作时间要短，即液压泵站(1)在摩擦系数测试过程中短时间工作，其余大部分时间是靠液压蓄能器(4)保压。抬轮时工业控制计算机使电磁换向球阀(6)断电 复位，使三位四通电磁换向阀(2)加电换向，然后起动液压泵站(1)使液压缸(5)的活塞杆 (d)縮回，直至测量轮(14)带着的测量臂碰到行程开关(9)时，液压泵站(1)停止工作，三 位四通电磁换向阀(2)断电复位。液压锁(7)起保压作用，它能使测量轮(14)停止在被提 起的高度，并保持一段时间。阀块(8)把各种通道集成为一个块，对液压油实行方向控制。 测压接头(3)接在液压管路上，起到连接压力表或者其他测量仪器的作用。 图4所示的实施例中，该信号转换电路中CH1为接线端子，IC1为芯片号，LM358P 为用来进行电压转换的比较器，GND是地线，VN4. 1是接汽车电路中的速度脉冲信号，10. 3 是接PLC的IO. 3接口。这些都是公知的元器件，其中各个组成单元的连接方式如下接线端 子CH1的管脚1直接与LM358P的1号管脚连接；接线端子CH1的管脚2直接与LM358P的 5号管脚连接；接线端子CH1的管脚3直接与LM358P的7号管脚连接，同时分别连接着电 阻R2和电容Cl的其中一个管脚；接线端子CHI的管脚4直接与LM358P的2号管脚连接， 同时连接着电阻Rl的其中一个管脚；电阻R2和电容Cl并联连接，它们的一侧与LM358P的 7号管脚连接，另一侧与电阻Rl以及LM358P的3号管脚相连接。 图5所示的实施例中，本实用新型机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装 置中的传感器的测量原理是这样的传感器包括水平力传感器(16)、垂直力传感器(17)。 水平力传感器(16)被安装在链轮I11(15)下方，主要是用来测量机场道面摩擦系数测试车 进行测量时测量轮(14)的水平摩擦力Ff，垂直力传感器(17)被安装在液压缸(5)的上方 主要用来测量机场道面摩擦系数测试车在测量时测量轮(14)施加的垂直力，当液压缸(5) 带动测量轮(14)落轮并施加一定的垂直力后，垂直力传感器(17)会测得其垂直力的大小； 如果该测试车移动，并带动测量轮(14)转动，则由于汽车后轮(10)通过链轮I(ll)和链 条(12)与链轮I1(13)连接，链轮I1(13)则与测量轮(14)固定在一起，由于链轮I(ll)和 链轮11(13)的齿数比不同，导致汽车后轮(10)与测量轮(14)速度的不同步，并通过链条 (12)使得链轮111(15)感受到张紧力，该力F的大小由安装在链轮111(15)上的水平力传 感器(16)测得。 图6所示的实施例中，本发明机场道面摩擦系数测试车中的电气控 制装置中的工业控制计算机的主程序是初始界面一测量参数初始化一设 置一测量一打印一退出；初始界面一测量参数初始化一设置一标定一水平 标定或垂直标定一退出；初始界面一测量参数初始化一设置一查询一退出。 初始界面一测量参数初始化一设置一测量一打印一退出；初始
界面一测量参数初始化—设置一标定一水平标定或垂直标定一退出；初始界面一测量参 数初始化一设置一査询一退出。 图7所示的实施例中，本发明机场道面摩擦系数测试车 中的电气控制装置中的工业控制计算机的垂直标定程序流程是 发送开始命令(放轮)一成功与否丄复位一退出，
jLjlr入90公斤并进行标定调整ji^复位一退出，_^输入140公斤并进行标定调^j:
位一退出，JL^轮命令一成功与否Ji^复位一退出，』归直线一标定完成一退出。 图8所示的实施例中，本发明机场道面摩擦系数测试车 中的电气控制装置中的工业控制计算机的水平标定程序流程是
7发送开始命令并读取140公斤AD值(放轮)一成
功与否JU复位一退出,_^输入20公斤值一输入70公斤值一抬轮命令一成功与否_^ 位一退出,_^归直线一退出。 图9所示的实施例中，本发明机场道面摩擦系数测试 车中的电气控制装置中的工业控制计算机的测量程序流程是 发送开始命令(放轮)一成功与否_^位一退出，_^
取速度值一速度是否达到96km/h _^回读取速度值,_^发送测量命令一成功与否Jlj: 位一退出，_^读取测量数据一是否到达3000nUL^返回读取测量数据，JU保存数据一抬轮 命令一成功与否A退出，工退出。 图10所示的实施例中，本发明机场道面摩擦系数测试 车中的电气控制装置中的工业控制计算机的测量程序流程是 发送开始命令(放轮)—成功与否_^位一退出，』
取速度值一速度是否达到96km/hJUI回读取速度值，工发送测量命令一成功与否Jlj: 位一退出，_^读取测量数据—是否到达3000110^返回读取测量数据，_^保存数据—抬轮 命令一成功与否，出，J出；该PLC的程序流程是，开机一初始化各寄存器，高速 计数器，设定通讯口一等待接收上位机命令一校验命令异或和是否正^_^馈上位机命 令错误原因一等待接收上位机命令，工判定命令并进入相应子程序，分别是进入水平 标定子程序一根据上位命令完成水平标定一等待上位机命令；进入垂直标定子程序一根 据上位命令完成垂直标定一等待上位机命令；进入提轮子程序一等待上位机命令；进入 落轮子程序一等待上位机命令；设定起始距离、测量距离、落轮压力和干测水测一进入 发送数据子程序一判定测量是否结^返回判定测量是否结束，_^轮，并初始化各寄 存器，高速计数器一等待上位机命令。
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权利要求机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，其特征在于其中，电气控制装置包括上位机、下位机、继电器、电源、打印机、放大调理模块、传感器、信号转换电路、汽车速度脉冲信号引出端和刹车信号引出端，所述上位机为工业控制计算机，所述下位机为PLC计算机，所述传感器包括水平力传感器、垂直力传感器和水压传感器，液压控制装置由液压泵站、三位四通电磁换向阀、测压接头、液压蓄能器、液压缸、电磁换向球阀、液压锁、阀块和行程开关构成，其中液压缸采用双向连通器，由液压缸壁内的无杆腔、有杆腔、活塞和活塞杆组成；该机场道面摩擦系数测试车中的电气控制装置中各组成部件的连接是工业控制计算机与PLC之间采用RS232串行通讯总线进行连接，工业控制计算机还连接着打印机，PLC还与继电器、放大调理模块、水压传感器、信号转换电路以及刹车信号引出端直接相连，继电器还连接着液压控制装置，放大调理模块还连接着水平力传感器和垂直力传感器，信号转换电路还连接着汽车速度脉冲信号引出端；该机场道面摩擦系数测试车中的液压控制装置中各组成部件的连接方式是液压泵站直接与阀块上的三位四通电磁换向阀相连接，而三位四通电磁换向阀的另一端连接着液压锁，液压锁又与电磁换向球阀、测压接头、液压蓄能器以及液压缸相连接，液压缸另一端连接着行程开关，上述工业控制计算机和PLC通过继电器联系液压控制装置。
2. 根据权利要求1所述机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，其特征在 于所述的电源为12V的汽车电瓶。
3. 根据权利要求1所述机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，其特征在 于所述的工业控制计算机为TPC-660G/662G工业控制计算机。
4. 根据权利要求1所述机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，其特征在 于所述的PLC所采用的型号是SIEMENS CPU 224XP CN。
专利摘要本实用新型机场道面摩擦系数测试车的电气和液压控制装置，涉及一种自动控制器系统，其中，电气控制装置包括上位机、下位机、继电器、电源、打印机、放大调理模块、传感器、信号转换电路、汽车速度脉冲信号引出端和刹车信号引出端，所述上位机为工业控制计算机，所述下位机为PLC计算机，所述传感器包括水平力传感器、垂直力传感器和水压传感器，液压控制装置采用液压缸双向连通器，由液压泵站、三位四通电磁换向阀、测压接头、液压蓄能器、液压缸、电磁换向球阀、液压锁、阀块和行程开关构成，其中液压缸为双向连通器，由液压缸内的无杆腔、有杆腔、活塞和活塞杆组成。本实用新型大幅度提高了测量响应速度、控制能力和数据处理能力，显著地减小了测量误差。
文档编号G05D16/20GK201464929SQ20092009841
公开日2010年5月12日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者万峰, 冉多钢, 周围, 周长宏, 张思祥, 张积洪, 戴思丹, 畅步青, 郭经泽 申请人:河北工业大学