西门子6ES7212-1AB23-0XB8产品型号

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。

1  引言
   随着自动化控制技术的发展，plc在工业过程控制领域中发挥着越来越重要的作用。omron plc在各种机器设备上应用较为广泛，设置了plc程序读取加密保护的设备出现问题时，设备制造商由于倒闭或其它原因，往往不能提供密码，无法及时监控程序、分析故障原因，给设备故障的分析、解决带来很大的不便。另外，一但plc的模拟量或数字量输入、输出端口损坏，即使模块有备用通道，由于程序加密无法修改，也只能整体更换相应模块，增加了设备的维护成本，给设备维护工作带来很大不便。
   为了解决加密保护设备的质保后期生命周期管理问题，我们可以通过串口监测软件对omron plc与plc编程软件进行密码输入与输出时的串行通讯数据进行监视、拦截通讯帧，再对通讯帧进行对比分析，反复实验，可以实现对plc内部保留协议的侦听测定；再使用vb等编程软件采用枚举法编制程序获取密码。

2  监测的原理和方法
2.1 监测通讯硬件基础 
   串行通讯端口(serial communication port)在控制系统中一直占有极重要的地位，主要有rs232和rs485两种通讯方式。现在的计算机上广泛采用的是美国电子工业协会eia(elect -ronic industry association)制定的rs232c串行物理接口标准，rs是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，c表示修改次数。对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线，同时具有两个方向的传输能力是“全双工”(double duplex)的数据传输。目前，大多数plc制造商都生产与rs232c相兼容的plc通讯模块或plc编程接口转换电缆，我们可以用计算机通过rs232c通讯接口实现对大多数plc的编程或通讯。
理论上，我们可利用串口调试软件截获并记录数据发送线、接收线串行传输的数据，实现对计算机及plc通讯信息的监测、分析。
2.2 数据监测的实现方案 
   实现数据监视一般有两种方法。
   (1) rs232c引脚信息截获。由于串行端口是通过传送、接收引脚实现数据传递的，只要能将传送、接收引脚的信息截获出来，就可以完成对整个串行通讯的数据监视。在计算机常用的db-9的rs232c通讯接口中，2脚为数据接收端，3脚为数据发送端，5脚为公共的地线。例如某一计算机com1口和plc等现场监控设备之间进行正常的数据通信时，可用该计算机com2口或其它计算机的com口接收端2脚连接正常通讯com1口的2脚或3脚监视其接收或发送的数据，为保证通信正常，端口初始化必须设置相同的参数。在通讯正常时，可以得到pc发出的命令帧以及plc发回的响应帧的数据。 
   (2) 端口侦探(portspy)。选择不占用串口资源对串口通讯的数据进行监测的软件，如端口侦探(portspy)。该程序主要是针对电脑串口(com)和并口(lpt)的调试与监测，是一款综合型调试软件，其串口监视功能，可以在不占用串口资源的情况下对串口发送和接收的数据进行捕获，如图1所示。

图1  串口监控软件界面

   两种检测方法，方法1比较通用，但需要分别测定pc的命令帧及plc的响应帧后，再综合进行分析，当通讯数据较多时，操作较为繁琐。而方法2测定的命令帧和响应帧可按照通讯顺序依次排列，操作简单方便，可以直观地看出数据的流向便于分析协议，在本文中相关测试采用采用方法2进行数据监视。

3  测定omron plc内部保留通讯协议的实例
3.1 omron plc通讯协议格式
   本次测试使用的是c200he plc，它是omron公司在c200h的基础上推出的一种中大规模的plc，在cpu单元上内置了rs232连接器，可方便地和外部设备进行串行通讯。当然，我们也可以使用不带rs232通讯口的诸如cpm1a等小型plc，只需使用cif01接口转换电缆将plc编程口转换为rs232通讯口即可。
   c200he采用主从通讯方式，作为上位机的计算机始终具有通讯传输优先权，所有的通讯由上位机来启动，c200he总是处于应答的被动状态。plc与上位机的数据通讯是以“帧”为单位进行的，帧的格式如下图所示，命令帧由上位机发送给plc，应答帧为plc接收到命令帧后自动向上位机发送的应答信号。
   命令帧：
   应答帧：
   其中，“@”为起始符号；节点号为plc的编号(00-31)，对于单plc的控制系统默认为00；识别码说明帧的功能；fcs为帧的检查顺序，用来检查帧的传送时是否存在数据错误；*和cr为终止符，表明帧结束。
   我们可按图2所示的通讯流程图编制程序代码，要注意的是在plc与上位机通信程序代码编制之前，首先要对rs232通讯端口进行初始化，使两者按相同的格式通讯。初始化参数包括波特率、起始位、数据位、停止位和奇偶校验等。c200he一般设置为9600bps、1个起始位、7个数据位、2个停止位、偶校验。上位机定时发送rd(读plc的dm数据区)、wd(写plc的dm数据区)、rr(读plc的ir/sr区)、wr(写plc的ir/sr区)等命令，从而使上位机自动完成与plc的数据交换过程。

图2  与plc通讯流程图

3.2 omron plc程序读取加密保护
   fun49是专门用于对omron plc程序进行读取加密保护的特殊指令，一般在程序的行，用常开的ar1001触发fun49 0 0 #1234这条指令，fun49前面的两个操作数固定为0，#后面就是四位密码，传送到plc中，plc重新上电时有效。解密，可以在编程软件cxp3.0的菜单条plc下→保护→释放密码→然后输入密码就可以了，如图3所示。

图3  plc读取保护设置

3.3 通讯数据截获及分析
   运行omron plc编程软件cxp -3.0，按照实验选用的plc型号建立工程，按照3.2所述进行omron plc程序读取加密保护；运行串口侦测软件，先选择要监测的与plc正进行通讯的串口(在本测试中是com1)，显示的模式(ascii、hex)为ascii，再输入监测延时10ms，再按一下开始键就可以开始监测了，如果成功在下面的状态条会显示 com 监测功能已激活；使cxp3.0与plc进行在线通讯，运行3.2所述的解密操作，输入正确密码，操作完成后，取消cxp与plc的联机状态。
   在串口侦测软件发送、接收数据栏中查看、分析接收到的数据，查找预先设定的密码，如图1数据栏、二行所示，pc发送“@00mb31 -06000012344f*”，plc返回“@00mb000400004b*”；同上操作，当我们在cxp中输入错误的密码“4321”时，如图4状态栏第二、三行所示，pc发送“@00mb3106000 -043214f*”时，plc返回“@00m -b000400014a*”。多次重复测试，我们可以看出，编程下载时软件将密码同程序文件一起写入plc中，解密操作时cxp发送的数据第14-17位是未加密发送的密码， plc根据密码正确、错误与否返回相应的固定判断结果，plc根据接收到的密码正确与否，然后在cxp内部实现密码的比较，提示密码输入是否正确。

图4  串口监控软件界面

3.4 通讯程序的设计
   由于测试使用c200he密码范围为0000到ffff，我们可采用vb编程软件使用枚举法进行编程，利用vb提供的具有完善的串口数据发送和接受功能的通讯控件mscomm，实现与plc的串行通讯功能。程序将密码从0000到ffff依次发送进行测试，plc返回“@00mb000400014a*”判断密码错误继续测试；当plc返回“@00mb000400004b*”判定当前测试的密码正确，程序停止工作，这样不会破坏plc内部的任何数据。
   图5是利用以上原理简单编制的密码读取软件界面，首先选择“测试”钮检测plc是否和密码读取软件处于正常的联机通讯状态，我们可通过mscomm通讯控件利用c200he通讯测试指令“ts”发送一个测试数据块，如测试顺利，下位机c200he收到后，返传测试命令中规定的字符，内容不改变，这样就可判断plc是否处于正常的联机通讯状态；然后，通过读取程序指令“rp”判断plc程序是否处于读取保护状态；若处于读取保护状态，则可以自动依次发送密码进行测试，直至密码正确，软件停止测试，显示密码测试结果。

图5  密码读取软件界面

  图6所示的是测试结果，在窗口下方的状态栏提示了测试密码位1234。

图6  密码测试结果

4  结束语
   通过这种方法，我们测试出了程序读取保护的通讯协议，并通过编程实现这些协议以完成对plc密码的解除，已在c200he以及cpm1a等plc中测试正确。在自动化控制领域，也可采用此种数据监视作为在线调