摘要：通过搭建合适的试验台架，运用气缸动作来完成钥匙轴按压动作，并运用PLC控制步进电机的运转来实现钥匙的折叠动作，从而完成了汽车钥匙折叠耐久试验台的开发。本试验台可以有效模拟入手进行汽车钥匙折叠和打开操作。

    汽车折叠钥匙以其装带方便的特点，在汽车上得到了广泛运用。目前，汽车钥匙折叠耐久试验没有合适的企业标准，一般试验室也没有专业的试验设备来进行试验，笔者运用西门子PLC、步进电机及相应的工装完成了此试验台的开发，下面就针对开发过程进行阐述。

    1 试验方案制定
    1.1钥匙使用说明
    折叠钥匙的使用方法，如图1所示。图1a钥匙处于打开状态，按下钥匙轴后，钥匙头可以绕钥匙轴逆时针旋转进行折叠动作进入钥匙槽内，进入折叠状态，见图1c。按下钥匙轴，钥匙绕OA轴自动顺时针旋转到打开状态。完成一个操作循环。

    1.2功能的实现方案
    试验工装如图2所示，搭建一定的试验台架，用气缸完成钥匙轴的按压动作，步进电机带动摆臂，进而带动钥匙拨杆，拨动钥匙进行折叠动作，实现钥匙的操作。钥匙的弹开动作由气缸按压钥匙轴实现。

    2 试验配件选择
    2.1 PLC的选择
    因步进电机驱动信号为脉冲信号，所以需要晶体管输出型PLC，因S7-200CN系列PLC有输出高速脉冲输出功能的CPU模块供选择，驱动电流可达几百mA，完全能够满足步进电机驱动信号的要求。
    PLC输出点数的选择：步进电机脉冲信号需要1路，步进电机方向信号需要1路，控制电磁阀需要1路，试验循环计数需要1路，共4路输出。
    PLC输入点数的选择：启动试验信号需要1路，钥匙未旋转报警信号需要1路。
    2.2步进电机的选择
    钥匙转动力矩的测量：实测钥匙合拢时操作力矩为0.027 Nm。
    互联网上能查到一些型号的步进电机的相关力矩一PPS曲线资料，但这些资料是在一定电压、电流和细分条件下进行测试的。而笔者试验的实际使用条件和测量条件有些不同，故需询问步进电机厂家确定符合要求的电机型号。
    2.3气缸的选择
    气缸的动作由PLC控制电磁阀来实现，当气缸电磁阀通电时，气缸杆在空气压力作用下弹出；气缸电磁阀断电时，气缸杆在自身回位弹簧的作用下回位。
    具体选择配件型号、参数及性能要求见表1。

    3 试验电气原理
    3.1接线图
    图3为PLC及外围电路接线图；图4为步进电机驱动器内部接线图；图5为PLC内部接线图。

    3.2步进电机控制信号说明
    3.2.1步进脉冲信号CP
    如图4，步进电机驱动器脉冲信号CP和方向信号DIR分别独立引出，标称为CP＋、CP－和DIR＋DIR－。如图3，采用的步进电机驱动器脉冲和方向信号为共阳极方式，其CP＋和DIR＋连接在一起，标记为OPTO，脉冲信号接入 CP一端，方向信号接入DIR－端。运用PLC的脉冲串（PTO功能可输出指定的脉冲数和指定的周期的脉冲，对PLC的输出端口Q0.0进行输出控制。驱动器每接受一个脉冲信号CP，就驱动步进电机旋转一定步距角，CP的频率和步进电机的转速成正比，CP的脉冲个数决定了步进电机旋转的角度。这样，PLC控制系统通过控制脉冲信号CP频率及脉冲个数就可以达到电机调速和定位的目的。



    3.2.2方向电平信号DIR
    PLC的Q0.3信号接步进电机的DIR信号，对步进电机旋转方向进行控制。Q0.3无输出信号时，电流路径为：电源正极。OPTO→驱动器内部电路→DIR端口→2kΩ电阻升电源负极，此时电机顺时针旋转；Q0.3有输出信号时，电流经电源正极→L＋→PLC内部MOs管→Q0.3端口→2 kΩ电阻升电源负极，此时步进电机驱动器方向信号被MOs管短路，此时电机反向旋转。
    3.2.3电机速度控制
    如果CP信号变化太快或太慢，这时就会产生丢步或振动现象。所以驱动信号频率需设置一个合适值或采用升降速控制，通过不断调整控制信号而达到控制电机平稳运转的目的。
    3.2.4电机相电流及细分设定
    靠驱动器的拨位开关对电机相电流及细分角度进行设置，拨位开关123456设定为000001，设置参数为：相电流为0.5 A，细分数为2。对于两相电机，细分后的步距角等于电机的整步步距角除以细分数，其细分步距角为1.8°/2=0.9°。
    脱机信号FREE处于悬空状态，故不做阐述。

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