耿金良,王勁,孫千里,安雁秋
(1.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院海天學(xué)院,浙江寧波315800;2.浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機械工程學(xué)院,浙江溫州325003)
目前,大多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備不但需要自動化控制,而且還要滿足對生產(chǎn)或加工的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、管理、生成報表或圖形等要求;由于對現(xiàn)場設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與計算機數(shù)據(jù)處理間的實時性要求不高,可以進(jìn)行后處理[1];大多數(shù)企業(yè)的非標(biāo)生產(chǎn)設(shè)備需要自動化控制來完成設(shè)備的自動運行,提高生產(chǎn)效率;需要由人機界面操作來監(jiān)視設(shè)備的生產(chǎn)狀況、控制生產(chǎn)參數(shù)、報警點和曲線圖的顯示等;需要利用工業(yè)控制計算機對生產(chǎn)或加工的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、管理、生成報表或圖形等[2]。
本研究提出一種用U盤進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲與傳輸、用計算機技術(shù)來代替價格昂貴的工業(yè)控制計算機來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法,并且以在企業(yè)中實際應(yīng)用的全自動螺紋旋扣機來說明具體的技術(shù)開發(fā)與設(shè)計流程。
結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖
工作扭矩:0~150 kN·m;
工件夾持范圍:60 mm~400 mm;
轉(zhuǎn)速:0~10 r/min;
工件最大長度:10 m;
驅(qū)動功率:20 kW~30 kW。
(1)工件裝夾:
活動鉗松開—插銷油缸退出—翻蓋油缸打開—工件(絲母與絲桿)放入—翻蓋油缸閉合—插銷油缸插入—活動鉗夾緊(夾緊絲桿),完成工件的裝夾。
(2)工件輸送:
旋扣鉗松開—活動鉗左行(直至絲母部分伸入旋扣鉗中)—旋扣鉗夾緊,完成工件的輸送與準(zhǔn)備工作。
(3)工件加工:
旋扣馬達(dá)正轉(zhuǎn)(達(dá)到設(shè)定的旋緊扭矩時為止),完成聯(lián)結(jié)管件的旋緊工作;旋扣馬達(dá)反轉(zhuǎn)(扭矩達(dá)到能松開工件時為止),完成聯(lián)結(jié)管件的松開工作。
(4)工件拆卸:
旋扣馬達(dá)停止—旋扣鉗松開—活動鉗右行(直至絲母完全離開旋扣鉗)—活動鉗松開—插銷油缸退出—翻蓋油缸打開,完成工件的拆卸與取出工作。
旋扣馬達(dá)旋轉(zhuǎn):可在低扭矩、中扭矩、高扭矩下正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn);旋扣馬達(dá)1單動、旋扣馬達(dá)2單動、旋扣馬達(dá)1和2聯(lián)動的自由組合的運行方式[3]。
該系統(tǒng)采用三相四線制供電系統(tǒng),供電電壓為AC380 V、50 Hz,總電源功率為33.37 kW。該系統(tǒng)采用臺灣臺達(dá)可編程控制器,取代了傳統(tǒng)的繼電器控制方式,使線路大為簡化,提高了整機的自動化程度[4]。本研究采用的模擬量測壓和人機操作界面,與同類其他設(shè)備相比,具有設(shè)計合理、性能穩(wěn)定、功能齊全、運行可靠、自動化程度高等特點[5]。
可編程控制器(DOP-60ES-00R)與模擬量模塊(DOP-04AD)采用的是RS485通信協(xié)議,與觸摸屏(DOP-B07S211)采用的是專用通信電纜(DOPACAB2A30);與設(shè)備相連的壓力變送器(WIDEPLUS-K)把采集的數(shù)據(jù)經(jīng)模擬量模塊的通道1(即CH1)進(jìn)行接收并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號[6]。
數(shù)據(jù)通信流程圖如圖2所示。
圖2 數(shù)據(jù)通信流程圖
在自動化的領(lǐng)域中,有許多的測量單元,是以模擬信號的模式進(jìn)行傳送[7-8]。例如:電壓-10 V~10 V,經(jīng)由A/D模塊的轉(zhuǎn)換成為-8 000~+8 000的數(shù)值范圍后,PLC再以FROM/TO指令對A/D模塊的CR寄存器進(jìn)行讀/寫的動作,所傳回至PLC的信號為K-8 000~K8 000的數(shù)字量,即可提供PLC進(jìn)行運算處理。轉(zhuǎn)換的A/D特性曲線如圖3所示。
程序如下:
圖3 A/D轉(zhuǎn)換特性曲線
本研究采用臺灣臺達(dá)DOP-B07S211的觸摸屏數(shù)據(jù)的下載、轉(zhuǎn)換和上傳,通過人機界面軟件完成對操作參數(shù)的設(shè)置,其主要畫面如圖4所示。
圖4 輸出界面
該觸摸屏軟件中的Background宏執(zhí)行方式是以自動循環(huán)的方式執(zhí)行,執(zhí)行到最后一行宏指令后,會直接重新執(zhí)行一次。
在背景宏中完成壓力與扭矩的公式轉(zhuǎn)換,在人機界面軟件中按“”,以報表的形式將所有數(shù)據(jù)存儲到U盤中[9]。背景宏的程序部分如下:
本研究首先要了解觸摸屏數(shù)據(jù)下載到U盤中的數(shù)據(jù)形式與數(shù)據(jù)文件位置。例如:2013年11月8日生產(chǎn)的第100批次的螺紋類型文件在U盤中H:HMIHMI-000@HMI0100CSVH0002-20131108.csv。
本研究采用Visual Basic6.0程序和Microsoft Office Excel的應(yīng)用技術(shù),計算機數(shù)據(jù)處理對話框如圖5所示[10]。
圖5 計算機數(shù)據(jù)處理對話框
以數(shù)據(jù)導(dǎo)入為例說明計算機程序如下[11]:
系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后生成的數(shù)據(jù)(如壓力)與液壓回路中壓力的讀數(shù)基本一致。誤差的來源有:壓力表的讀數(shù)精度誤差、壓力變送器的檢測精度誤差、A/D模塊的數(shù)據(jù)采樣誤差,由此可見,誤差與系統(tǒng)的整個開發(fā)過程無關(guān)。
在制造業(yè)高度繁榮、工業(yè)自動化蓬勃發(fā)展的今天,自動化非標(biāo)設(shè)備企業(yè)的市場競爭呈上升趨勢,本研究提出了非標(biāo)設(shè)備自動化系統(tǒng)設(shè)計的全過程與計算機應(yīng)用的理念與思路。限于篇幅,本研究沒有提供完整的設(shè)計內(nèi)容,提出了自動控制技術(shù)與計算機技術(shù)融合的過程供讀者參考。該技術(shù)具有以下特點:
(1)利用計算機強大的Visual Basic6.0編程軟件和Microsoft Office Excel辦公軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理地取代價格昂貴的工控機,不但降低了成本,而且更加可靠、方便。
(2)利用Excel的錄制宏與編輯宏,可以很容易地在VB6.0中實現(xiàn)圖表即曲線圖的生成。
(3)利用PLC進(jìn)行自動化編程、壓力變送器進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測、A/D模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣、HMI進(jìn)行人機對話、U盤為數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)、計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法。該創(chuàng)新方法先進(jìn)合理,經(jīng)過實踐證明,該系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的推廣價值。
[1]張俊昌,尹麗娜,趙靜.機械自動化技術(shù)在機械制造業(yè)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用技術(shù),2012(12):48-50.
[2]丁明明,許少寧,蔡丹云,等.新型計算機控制多點上置式變壓邊力拉深裝置的研究[J].機電工程,2013,30(6):700-703.
[3]DORF R C.Modern Control Systems Solution Manual[M].New Jersey:Prentice Hall,2008.
[4]尹鵬.電氣自動化控制系統(tǒng)及設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(6):25-27.
[5]FRANKLIN G F.Feedback Control of Dynamic Systems[M].Beijing:People's Telephone and Postal Press,2011.
[6]耿金良.計算機在自動控制中的應(yīng)用[J].控制工程,2011,5(5):71-74.
[7]杜彥林.機械自動化技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展[J].科技傳播,2012(9):177-178.
[8]貫宇,鄭曉蓮,譚鑫.選煤濃縮機藥劑系統(tǒng)自動控制改造[J].機電工程技術(shù),2013,42(7):53-56,166.
[9]壽軍波.鋼卷上料自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].機電工程,2013,30(1):81-84.
[10]王艷紅.Excel 2010實例教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.
[11]何文俊,馬杰.Visual Basic 6.0編程實例精解[M].北京:希望電子出版社,2010.