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        大中型金相試樣切割機(jī)基于復(fù)雜程序操作嵌入PLC的研發(fā)探討

        2013-03-27 14:03:51廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院黃金娥
        電子世界 2013年10期
        關(guān)鍵詞:金屬試樣電機(jī)

        廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黃金娥

        大中型金相試樣切割機(jī)基于復(fù)雜程序操作嵌入PLC的研發(fā)探討

        廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黃金娥

        大中型金相試樣切割機(jī),主要以觸摸式屏幕和編程用的控制設(shè)備為核心。這種控制體系能夠針對(duì)不同種類(lèi)的金屬,采取多種切割方式,變換切割速度。對(duì)于金屬的切割全過(guò)程,都是由PLC這種程序來(lái)進(jìn)行宏觀把握的。操作人員可以通過(guò)點(diǎn)擊觸摸屏來(lái)設(shè)置各種切割參數(shù),同時(shí)及時(shí)了解動(dòng)態(tài)的切割流程?;趶?fù)雜程序操作嵌入PLC,可以根據(jù)具體的情況來(lái)設(shè)定砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度,并適當(dāng)調(diào)整切割配件的速度,進(jìn)而提升大中型金相試樣切割設(shè)備的控制精確程度。為了增加操作系統(tǒng)切割金屬的穩(wěn)定程度和適應(yīng)程度,本文著重探討大中型金相試樣切割機(jī)基于復(fù)雜程序操作嵌入PLC的研發(fā)技術(shù)。

        大中型金相試樣切割機(jī);基于復(fù)雜程序操作;嵌入PLC;研發(fā)

        1.前言

        大中型金相試樣切割設(shè)備,是開(kāi)展金相抽樣研究活動(dòng)的必要設(shè)備,它主要應(yīng)用于獲取金相試樣、配置各種材料以及金屬切口等。目前,大中型金相試樣切割設(shè)備被廣泛使用在機(jī)械制造、冶金、汽車(chē)加工、航天等多種領(lǐng)域。現(xiàn)存的大中型金相試樣切割設(shè)備種類(lèi)豐富,其中建立在微型處理器基礎(chǔ)上的制樣設(shè)施,運(yùn)用了金相制造的前沿科技。然而,這類(lèi)設(shè)備的自動(dòng)程度偏低,不能實(shí)現(xiàn)大型零件的直接取樣。為了達(dá)到行業(yè)制造的具體標(biāo)準(zhǔn),推動(dòng)金相試樣研究的進(jìn)步,我們需要研制精確度更高、性能更加優(yōu)良和方便使用的金相試樣切割體系。技術(shù)人員依據(jù)金相試樣的特殊性質(zhì),研制出了基于復(fù)雜程序操作嵌入PLC技術(shù),并增添了觸摸屏幕作為操作人員和設(shè)備之間的交互窗口。這就彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)備在交互方面的缺陷,減少了輸入操作和輸出操作的端點(diǎn)數(shù)量,使得設(shè)備更加便于維護(hù)和管理。

        2.大中型金相試樣切割機(jī)原理

        金相試樣切割設(shè)備,是金相樣本抽取的專(zhuān)門(mén)設(shè)施。為了保護(hù)被抽取金屬樣品的原有構(gòu)造和結(jié)構(gòu)性能,對(duì)于種類(lèi)不同的金屬物質(zhì),應(yīng)當(dāng)采用不同的切割方法和速度。在金相試樣切割的控制體系內(nèi)部,我們?cè)O(shè)計(jì)了測(cè)量操作窗口、手動(dòng)窗口和自動(dòng)窗口三種窗口,并增添了一個(gè)級(jí)別較高的設(shè)計(jì)窗口和一個(gè)用于查看金屬切割進(jìn)程的窗口。其中,自動(dòng)方式的操作包括勻速金屬試樣切割、進(jìn)三退一方式的金屬試樣切割,以及分層次的金屬試樣切割模式。選擇每一種金屬樣品切割方法的用戶,都可以在屏幕上不同的位置設(shè)置自己所需的技術(shù)參數(shù),然后通過(guò)嵌入的PLC,來(lái)設(shè)置和它相對(duì)應(yīng)的參數(shù)用以調(diào)取控制命令,促使切割設(shè)備按照具體要求來(lái)切割金屬試樣。在裝置中,PLC和變頻設(shè)備通過(guò)串聯(lián)通訊的方法來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度,系統(tǒng)采用協(xié)議方式來(lái)監(jiān)測(cè)和掌握電機(jī)的工作現(xiàn)狀。

        3.基于復(fù)雜程序操作嵌入PLC的研發(fā)思路

        從大中型金相試樣切割設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和研發(fā)需要入手,遵循提升效率、提高可靠程度、提升設(shè)備性價(jià)比的根本原則,我們?cè)O(shè)計(jì)出的大中型金相試樣切割設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備下列功能:可以依照零件的具體尺寸,來(lái)確定不同的切割方法;可以依據(jù)材料堅(jiān)硬程度、規(guī)模等調(diào)整切割進(jìn)程;可以依據(jù)配件的長(zhǎng)寬和面積,來(lái)決定砂輪的打磨速度、軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和位移程度;可以準(zhǔn)確掌握砂輪葉片遭到磨損的狀況和配件直徑,并據(jù)以確定切割過(guò)程中的快進(jìn)端點(diǎn)和退刀端點(diǎn);可以自行監(jiān)督測(cè)量金屬樣品的切割數(shù)量、切割進(jìn)展程度、主體電機(jī)的運(yùn)行速度等技術(shù)參數(shù)。

        為了使得研發(fā)方案達(dá)到金相試樣切割的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)提升加工機(jī)械的自動(dòng)化水平,我們可以重點(diǎn)研究嵌入PLC的技術(shù)和觸摸屏幕技術(shù),以便改進(jìn)大中型金相試樣切割設(shè)備。

        4.裝置硬件設(shè)置

        大中型金相試樣切割機(jī)的執(zhí)行配件包括三相異步類(lèi)型的電機(jī)和步進(jìn)類(lèi)型的電機(jī)。前者運(yùn)用變頻裝置來(lái)調(diào)節(jié)速度,后者由專(zhuān)有的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。切割系統(tǒng)的中心PLC控制設(shè)備發(fā)送命令信息,促進(jìn)異步類(lèi)型電機(jī)和步進(jìn)類(lèi)型電機(jī)協(xié)同工作,同時(shí)完成金屬試樣的切割操作。

        (1)PLC控制中心

        PLC是大中型金相樣品切割裝置的控制中心。PLC是在專(zhuān)門(mén)的操作環(huán)境下設(shè)計(jì)出的用于執(zhí)行運(yùn)算任務(wù)的電子設(shè)備,是內(nèi)部裝有存儲(chǔ)設(shè)施、能夠編程的控制設(shè)施。PLC可以儲(chǔ)存和操作命令,完成邏輯演算、順序監(jiān)控、時(shí)間設(shè)定、數(shù)值記錄等一系列操作,并以數(shù)字方式和模擬方式進(jìn)行輸出和輸入,從而實(shí)現(xiàn)有效管理各類(lèi)機(jī)械操作過(guò)程的目標(biāo)。

        PLC具有體積較小、功能多樣、便于編程、耐用性強(qiáng)、可以在惡劣條件下工作等優(yōu)勢(shì),因此,這種裝置已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在自動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域中。

        (2)速度調(diào)節(jié)裝置

        在大中型金相樣品切割裝置中,通常采用變頻設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)切割速度。在運(yùn)用電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)時(shí),電機(jī)內(nèi)部的磁通量應(yīng)當(dāng)被重點(diǎn)考慮。當(dāng)磁通量過(guò)于微弱時(shí),電機(jī)就會(huì)發(fā)生欠磁通的現(xiàn)象,這將會(huì)在很大程度上影響到電機(jī)設(shè)備輸出的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)內(nèi)部磁通量的減小,會(huì)直接導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩的縮小。因此,在轉(zhuǎn)換電機(jī)的工作頻率時(shí),要妥善控制電機(jī)自身的電壓,以便使電機(jī)的磁通保持在一個(gè)恒定的數(shù)值上。依據(jù)金屬樣品切割設(shè)備的主要電機(jī)參數(shù),系統(tǒng)選擇了特定型號(hào)的變頻裝置,通過(guò)設(shè)置特定的功率數(shù)值變化,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于主要電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度改變的控制。試驗(yàn)結(jié)果表明:這二者之間的關(guān)系接近于一種線性關(guān)系,可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)速度的目的。

        PLC的輸出方式為漏斗形狀的晶體管輸出,它和變頻設(shè)備之間的信息交流采用了協(xié)議的方式,利用串行口來(lái)進(jìn)行通訊。為了保證設(shè)備的工作安全,變頻裝置的端口要與地面連接。

        (3)步進(jìn)電機(jī)體系

        步進(jìn)式的電機(jī),可以將電脈沖形式的信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移,它是一種電磁設(shè)備機(jī)械。在電機(jī)內(nèi)部加入一個(gè)脈沖形式的信號(hào),電機(jī)就會(huì)沿著預(yù)定的方向旋轉(zhuǎn)特定角度。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度要與輸入設(shè)備的脈沖信號(hào)頻率保持一致。系統(tǒng)用控制脈沖數(shù)量的方式來(lái)控制角度位置移動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的目標(biāo);用控制脈沖信號(hào)頻率的方式來(lái)控制電機(jī)自身旋轉(zhuǎn)速度,從而實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的目標(biāo)。三個(gè)方向的步進(jìn)式電機(jī)是由三個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)啟動(dòng)的,每一個(gè)方向的步進(jìn)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括三種輸入端口,分別為使能輸入端口、步進(jìn)式脈沖輸入端口和方向信號(hào)輸入端口。

        5.裝置軟件設(shè)置

        (1)主要系統(tǒng)軟件設(shè)置

        軟件程序負(fù)責(zé)完成體系的初始化,通過(guò)設(shè)定切割數(shù)值,來(lái)啟動(dòng)金相樣品切割設(shè)備,并將參量傳送到觸摸屏幕上以供查看。金相樣品切割程序的初始化,主要任務(wù)是完成軟件初始數(shù)值、系統(tǒng)內(nèi)存、輸入輸出端口和相關(guān)硬件電路的初始化,使得PLC和與之相連的外部電路系統(tǒng)準(zhǔn)備進(jìn)入工作狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程主要涵蓋了RAM單元、觸摸屏幕電流以及端口接入方式的初始化活動(dòng)。

        在開(kāi)始切割金屬樣品之前,我們首先要正確設(shè)定切割金屬的流程參數(shù)。自動(dòng)方式的操作,主要包括了勻速方式切割、進(jìn)三退一方式切割以及分層切割三種類(lèi)型。我們還可以為每一種方式設(shè)計(jì)與之相對(duì)應(yīng)的高級(jí)設(shè)計(jì)選項(xiàng)和加密選項(xiàng),這樣既能起到簡(jiǎn)化操作的效果,又為系統(tǒng)增添了安全保障。

        (2)觸摸屏幕程序設(shè)置

        輸入體系和顯示體系,是金相樣品切割控制的兩種重要體系,也是設(shè)備操作人員和設(shè)備本身實(shí)現(xiàn)交流的紐帶。切割機(jī)的控制體系,采用特定型號(hào)的觸摸式屏幕作為工作人員和設(shè)備之間的交互窗口,主要任務(wù)是設(shè)定各種切割參數(shù)并及時(shí)顯示數(shù)據(jù)。PLC和觸摸屏幕之間利用串行口來(lái)進(jìn)行通信和傳遞命令,其基礎(chǔ)是協(xié)議。我們可以從現(xiàn)實(shí)需要出發(fā),來(lái)設(shè)置體系的工作狀態(tài)。

        觸摸式屏幕是專(zhuān)門(mén)針對(duì)PLC設(shè)計(jì)的,也十分適合應(yīng)用在PLC裝置上面。這種屏幕的功能比較齊全,用戶能夠根據(jù)需要來(lái)組合不同的文字、數(shù)據(jù)、圖案和按鈕等,以便處理或者監(jiān)管切割過(guò)程,并應(yīng)對(duì)隨時(shí)改變的信息。功能多樣的展示屏幕具有自己的任務(wù)欄和窗口按鈕,可以迅速切換窗口,運(yùn)用起來(lái)省時(shí)便捷,能夠很好地適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求。

        金相樣品切割系統(tǒng)的觸摸式界面,利用了具有專(zhuān)門(mén)作用的組態(tài)工具。當(dāng)系統(tǒng)被接通電源之后,觸摸屏幕會(huì)啟動(dòng)用于系統(tǒng)初始化的界面,用戶進(jìn)入界面并輸入自己的密碼,經(jīng)過(guò)系統(tǒng)驗(yàn)證之后就可以選擇操作的種類(lèi)了。而級(jí)別較高的系統(tǒng)設(shè)置和加密環(huán)節(jié),是專(zhuān)門(mén)為需要采取保密措施的參數(shù)設(shè)置的。用戶點(diǎn)擊高級(jí)別設(shè)置的按鈕之后,必須輸入完全準(zhǔn)確的密碼,才能夠進(jìn)入這個(gè)界面,并設(shè)置自己需要的保密參數(shù)。當(dāng)用戶設(shè)定完所有的保密參數(shù)之后,再啟動(dòng)裝置,系統(tǒng)就開(kāi)始了自動(dòng)化的金屬切割過(guò)程。這時(shí),如果用戶想了解樣品切割的進(jìn)展?fàn)顩r,那么可以進(jìn)入到用來(lái)觀察金相切割流程的窗口,用圖形來(lái)完整再現(xiàn)金相樣品的切割工作過(guò)程。其中的箭頭用來(lái)表示切割的具體位置。

        6.結(jié)語(yǔ)

        在準(zhǔn)確把握金相試樣切割設(shè)備原理的基礎(chǔ)上,采用復(fù)雜程序操作嵌入PLC,作為整個(gè)系統(tǒng)控制的中心,并設(shè)置了良好的互動(dòng)界面,研究出各種狀況下不同類(lèi)別金屬切割試樣的控制體系。這種復(fù)雜程序的特點(diǎn)包括:選擇PLC技術(shù)來(lái)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì),方便操作人員編程,增添了體系的可靠程度,拓展了輸出操作和輸入操作的途徑。這種嵌入技術(shù)為整個(gè)切割設(shè)備節(jié)約了空間資源,并為系統(tǒng)用戶提供了簡(jiǎn)便友好的系統(tǒng)界面。采用協(xié)議方式控制的變頻設(shè)備,有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自身的調(diào)節(jié)和適應(yīng)?,F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果表明:此類(lèi)大中型金相試樣切割機(jī)在運(yùn)行時(shí)能夠保持性能的基本穩(wěn)定,具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,性價(jià)比高,成本較低,在切割金屬的控制精準(zhǔn)程度上已經(jīng)滿足了用戶的需求。

        [1]龔志廣.基于PLC控制的大型金相試樣切割機(jī)控制系統(tǒng)的研究[D].河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2006(06).

        [2]賈亞雷.基于PLC技術(shù)的小型精密金相試樣切割機(jī)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2010(07).

        [3]李杰.基于PLC控制的大型金相試樣切割機(jī)的研究[N].河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2011(06).

        [4]孫維連,王成彪,許麗紅.金相切割機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究概況[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),2007(07).

        [5]龔志廣,趙艷秋,孟旭東.基于PLC的大型金相試樣切割機(jī)控制系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008(09).

        [6]汪洋.Q-600型金相試樣切割機(jī)的控制系統(tǒng)優(yōu)化[N].河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2010(06).

        [7]孫耀杰,趙君,賈靜蕾.基于觸摸屏和PLC的金相試樣切割機(jī)控制系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2009(07).

        [8]崔秀梅,張青鋒,張靖.新型自動(dòng)金相試樣切片機(jī)的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010(08).

        [9]馬建永,孫維連,王會(huì)強(qiáng).農(nóng)機(jī)具金相切割機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010(07).

        黃金娥(1965—),女,廣西隆安人,廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師,技師,研究方向:電氣自動(dòng)化。

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