薛伯生，任曉方

(1.南車集團(tuán)戚墅堰機(jī)車車輛研究所有限公司，江蘇常州 213011;2.無錫沃倫特機(jī)械制造有限公司，江蘇無錫 214171)

引 言

通常完成一次電刷鍍有多個(gè)工藝步驟，工作過程為電凈→活化→鍍過渡層→鍍工作層。以一般鋼鐵件電刷鍍快速鎳工藝為例(其中正極性工件為負(fù)極，負(fù)極性工件為正極)，第一步電凈液工件為負(fù)極U為12V;第二步2號(hào)活化液工件為正極U為12V;第三步3號(hào)活化液工件為正極U為18V;第四步特殊鎳，工件為負(fù)極U為15～18V;第五步快速鎳TDY-102工件為負(fù)極U為15V，繼續(xù)刷鍍到尺寸。

從工藝過程中可以看到，在刷鍍工件時(shí)需要不斷調(diào)整電源的極性、工作電壓、刷鍍?nèi)芤旱戎T多工藝參數(shù)，完成一次刷鍍工序需要操作人員記住許多工藝參數(shù)，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且還會(huì)帶來工藝參數(shù)設(shè)定不準(zhǔn)確的弊端，不能達(dá)到與刷鍍?nèi)芤褐g的完美匹配，造成刷鍍質(zhì)量的下降。為此，研制一種新型的智能電刷鍍電源，它可以實(shí)現(xiàn)預(yù)先排定刷鍍工藝，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，同時(shí)具有隨時(shí)幫助提醒功能，是一種全新的智能化電源。

1 控制原理

在電刷鍍工藝的諸多工藝參數(shù)中，與電源有關(guān)的工藝參數(shù)是電源的輸出極性和刷鍍電壓，其中刷鍍電壓又和刷鍍液密切相關(guān)，不同的工藝有著不同的參數(shù)，這就要求電刷鍍電源能靈活調(diào)節(jié)，并能根據(jù)選擇的刷鍍液自動(dòng)匹配輸出刷鍍電壓，這也是操作系統(tǒng)的基本控制點(diǎn)。

圖1 為電源原理框圖。電源采用半橋拓?fù)淠孀冸娐?，MCU單片機(jī)控制電路2和PWM脈寬調(diào)制電路1產(chǎn)生受控脈寬信號(hào)，控制逆變電路產(chǎn)生刷鍍工藝所需的電壓。觸摸屏3為工業(yè)通用人機(jī)界面HMI，內(nèi)建WinCE操作系統(tǒng)，預(yù)裝嵌入式組態(tài)軟件，通過組態(tài)可以得到靈活的控制邏輯及控制參數(shù)，經(jīng)通訊接口將控制參數(shù)傳送至MCU單片機(jī)控制電路2，從而達(dá)到控制的目的。從上面所述可以看出，電源的控制指令來自人機(jī)界面HMI。

圖1 電源原理框圖

2 操作系統(tǒng)的建立

工業(yè)通用人機(jī)界面HMI選用北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司生產(chǎn)的TPC1062KS，是一套以ARM結(jié)構(gòu)嵌入式低功耗CPU為核心的高性能嵌入式一體化觸摸屏，128M固體硬盤，采用10英寸高亮度TFT液晶顯示屏，四線電阻式觸摸屏，內(nèi)建WinCE操作系統(tǒng)，預(yù)裝MCGS嵌入式組態(tài)軟件，面板防護(hù)等級(jí)IP65，可通過計(jì)算機(jī)或U盤對(duì)其內(nèi)部的組態(tài)工程進(jìn)行改變，其串口以RS232和RS485兩種方式和其他智能設(shè)備通訊。電刷鍍操作系統(tǒng)就是依托HMI建立的。

2.1 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介

“MCGS嵌入版組態(tài)軟件”是基于RTOS(realtime multi-tasks operating system)實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的組態(tài)軟件，用戶只需要通過簡(jiǎn)單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，從而把用戶從繁瑣的編程中解脫出來?？梢詫?shí)現(xiàn)動(dòng)畫顯示，編制控制策略，圖示化控制元件，操作菜單設(shè)計(jì)，與外部設(shè)備連接，工程密碼設(shè)置，遠(yuǎn)程U盤下載升級(jí)等功能。其主要特點(diǎn)是:簡(jiǎn)單靈活的可視化操作界面;實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有良好的并行處理性能;豐富、生動(dòng)的多媒體畫面;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為用戶分步組態(tài)提供極大方便;完善的安全機(jī)制;多樣化的報(bào)警功能和方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程。

基于組態(tài)軟件的特點(diǎn)，可以將電刷鍍工藝圖示化，將工藝參數(shù)存儲(chǔ)于HMI中的數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)運(yùn)行策略和流程需要去控制電源輸出。

2.2 電刷鍍操作系統(tǒng)的建立

電刷鍍操作系統(tǒng)是依托組態(tài)軟件而建立的，內(nèi)部建有工藝路線數(shù)據(jù)庫(kù)、刷鍍?nèi)芤簲?shù)據(jù)庫(kù)、溶液參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)通過動(dòng)畫、操作菜單、運(yùn)行策略及流程控制，共同形成面向電刷鍍工藝的操作系統(tǒng)，其重點(diǎn)是為完成刷鍍?nèi)蝿?wù)而建立工藝路線，并根據(jù)工藝要求輸出控制指令，控制電源按指令調(diào)節(jié)輸出參數(shù)。

下面展示HMI操作系統(tǒng)的有關(guān)截圖畫面。

圖2 為電刷鍍電源開機(jī)后HMI顯示的主工作界面。從界面上可以直接讀到刷鍍電壓、刷鍍電流和刷鍍電量值。點(diǎn)擊切換按鈕可以改變電源輸出極性，同時(shí)還固化有兩組常用工藝，可以自定義兩組刷鍍工藝。主頁(yè)面上還有電刷鍍技術(shù)介紹和使用幫助按鈕，單擊可以進(jìn)一步獲得圖文并茂的信息。

圖2 HMI顯示的主工作界面

圖3 為執(zhí)行工藝時(shí)的界面。只需單擊圖3中下一步按鈕，就可以快速按預(yù)先設(shè)定好的工藝參數(shù)進(jìn)行刷鍍，這一全新的操控模式，簡(jiǎn)化了操控電源的方法，降低了對(duì)操作人員的要求。同時(shí)，由于控制參數(shù)的一致性，工藝穩(wěn)定性提高，從而提高了刷鍍質(zhì)量。

圖3 執(zhí)行工藝時(shí)的界面

圖4 為自定義工藝界面。從圖4界面上可以看出該自定義工藝有5個(gè)工藝步驟，操作系統(tǒng)給出了每個(gè)步驟所需的刷鍍液、極性和刷鍍電源，單擊編輯工藝按鈕，可進(jìn)行自定義工藝路線的修改和參數(shù)設(shè)定。

圖4 自定義工藝界面

圖5 為自定義工藝編輯界面。圖5中內(nèi)部操作系統(tǒng)建有刷鍍液參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，可靈活選擇，也可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電壓參數(shù)進(jìn)行修正。首先進(jìn)行工藝路線設(shè)計(jì)，選擇刷鍍類型，操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出所需電鍍液的牌號(hào)、極性及刷鍍電壓。

圖5 自定義工藝編輯界面

3 操作系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

以電刷鍍快速鎳工藝為例，說明刷鍍操作過程。點(diǎn)擊“快速鎳”按鈕，顯示刷鍍快速鎳的工藝路線如圖6。點(diǎn)擊圖6中返回按鈕，返回主頁(yè)面，顯示工藝準(zhǔn)備步驟，單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入下一步工藝步驟“電凈”，電源自動(dòng)設(shè)置“電凈”工藝所需的電壓12V和反極性。單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入下一步工藝步驟“一次活化”，電源自動(dòng)設(shè)置“一次活化”工藝所需的電壓12V和反極性。單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入下一步工藝步驟“二次活化”，電源自動(dòng)設(shè)置“二次活化”工藝所需的電壓12V和反極性。單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入下一步工藝步驟“特殊鎳”，電源自動(dòng)設(shè)置“特殊鎳”工藝所需的電壓18V和正極性。單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入下一步工藝步驟“快速鎳”，電源自動(dòng)設(shè)置“快速鎳”工藝所需的電壓15V和正極性。單擊“下一步”按鈕，顯示工藝已完成。如要重復(fù)執(zhí)行快速鎳工藝，單擊“重復(fù)執(zhí)行”按鈕，重復(fù)執(zhí)行。智能電刷鍍電源特別適用于電刷鍍批量生產(chǎn)。

圖6 一般鋼鐵件電刷鍍工藝

4 結(jié)論

電刷鍍技術(shù)的應(yīng)用是一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，有的用于修復(fù)新零件尺寸超差，有的用于再制造，有的用于零件的局部刷鍍，不同的客戶有著不同的需求。因此，電刷鍍操作系統(tǒng)也是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，以上只是初步介紹了電刷鍍操作系統(tǒng)的基本情況?；诮M態(tài)軟件的電刷鍍操作系統(tǒng)還可以根據(jù)不同客戶的需求，定制不同的操作系統(tǒng)，客戶只要提出問題需求，電刷鍍操作根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立新的定制操作系統(tǒng)，客戶只要通過遠(yuǎn)程下載升級(jí)包，拷貝到U盤，用U盤插入電源的USB升級(jí)接口，按照HMI界面上的提示就可以升級(jí)打造具有滿足自己獨(dú)特需求的定制操作系統(tǒng)，這樣就大大降低操作人員對(duì)操作的依賴，對(duì)提高電刷鍍效率、降低掌握新技術(shù)的難度、提高刷鍍質(zhì)量、推廣電刷鍍技術(shù)應(yīng)用十分有利。將電刷鍍操作系統(tǒng)植入電源控制系統(tǒng)中，使得電刷鍍電源已經(jīng)不單單是傳統(tǒng)意義上的電源了，而使之成為面向提供電刷鍍工藝路線、工藝參數(shù)、質(zhì)量控制和推廣電刷鍍技術(shù)應(yīng)用的利器。通過選用工業(yè)級(jí)通用人機(jī)界面HMI，充分發(fā)揮其組態(tài)軟件的強(qiáng)大功能，完全可以將以往紙質(zhì)工藝作業(yè)指導(dǎo)書圖文并茂地植入HMI內(nèi)，將工藝固化，實(shí)時(shí)指導(dǎo)操作人員按圖示化進(jìn)行操作，實(shí)時(shí)調(diào)整電源輸出參數(shù)。另外，HMI還可以擴(kuò)展出電源的許多創(chuàng)新的功能，如生產(chǎn)過程中的質(zhì)量傳承，關(guān)鍵步驟的質(zhì)量提醒，產(chǎn)量計(jì)數(shù)，生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表等，這些都可以通過組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)，提升了電刷鍍電源的附加價(jià)值。對(duì)此，本文也僅僅起到一個(gè)拋磚引玉的作用，其他更多發(fā)展，有待于致力于電刷鍍技術(shù)發(fā)展的人士共同努力。