儲召銳,王　帥,李少華（合肥工業(yè)大學(xué)　儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院,合肥　230009）

淬火機床信息采集及處理系統(tǒng)

儲召銳,王帥,李少華
（合肥工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院,合肥230009）

摘要：本文所設(shè)計系統(tǒng)可針對淬火機床氣門熱處理過程進行實時能量監(jiān)控，同時將高頻能量對應(yīng)的模擬量信息實時傳輸給PLC參與下料分揀。工控機信息處理軟件可實時監(jiān)控記錄溫度和模擬量信號以及實際的工位統(tǒng)計信息。除此之外，還可進行歷史記錄查詢和導(dǎo)出。

關(guān)鍵詞：熱處理；能量監(jiān)控；信息采集及處理

1　引言

作為淬火機床的重要組成部分，機床信息系統(tǒng)的研制和升級一直備受企業(yè)關(guān)注。我國的淬火機床信息系統(tǒng)起步較晚，自動化、智能化程度較低。隨著國家經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型以及技術(shù)的不斷進步，淬火機床的機電一體化升級、智能化是必然的發(fā)展趨勢[1]。本文結(jié)合九江新華電子生產(chǎn)的多工位淬火機床，設(shè)計了一套實用的機床信息采集及處理系統(tǒng)。

2　系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)合作方要求，我們設(shè)計的淬火機床信息采集及處理系統(tǒng)需要完成以下幾項工作：實時熱處理能量監(jiān)控、設(shè)備故障及時處理、歷史數(shù)據(jù)記錄查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等。本系統(tǒng)主要由兩部分組成：一部分以高頻采集板為主。氣門在出廠之前需要進行淬火和回火處理。本采集板可以實時監(jiān)控氣門熱處理過程中的高頻能量變化，同時將其對應(yīng)的電壓電流等模擬量信息實時傳輸給PLC控制器參與下料分揀。本系統(tǒng)的另一部分即上圖所示的工控機軟件。淬火機床運行中的各種數(shù)據(jù)例如淬火溫度、電壓電流等數(shù)據(jù)都需要在工控機上位機上實時顯示，并且生成曲線。所有重要的數(shù)據(jù)都會存入數(shù)據(jù)庫，當(dāng)需要調(diào)出時，可以選擇時間段進行查詢和導(dǎo)出，導(dǎo)出可選擇EXCEL文檔U盤導(dǎo)出。

3　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

基于之前項目經(jīng)驗以及企業(yè)對能量監(jiān)控的要求，我們以PADS2005繪圖軟件為藍本，設(shè)計了一款采集板，采集板以ARM單片機LPC1768為核心，采集處理外圍電路的信號以及和外界通訊。按照功能需求，我們設(shè)計了相應(yīng)的外圍電路，主要包括485通訊模塊、模擬量輸入模塊、多路開關(guān)量采集模塊、觸摸屏顯示模塊、以及繼電器和報警模塊等。

電源部分我們將開關(guān)電源和線性電源結(jié)合使用，給主電路和獨立電路供電。微控制器LPC1768是整個采集板的處理核心，其硬件電路主要由復(fù)位電路、系統(tǒng)時鐘電路和看門狗電路組成。模擬量采集電路由兩部分完成，一部分是以V2252芯片為核心的運放電路，主要放大的是采集電壓和電流信號，另一部分是快速光耦6N137，它采集的是頻率信號。本設(shè)計需求要采集多種開關(guān)量，主要有是否欠水、是否過溫、過流等。采集的開關(guān)量比較多，為了保護采集板電路和抗干擾，在開關(guān)量輸入和單片機之間我們采用光耦進行串聯(lián)。我們選用的是光耦PC817。

4　系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是工控機上位機軟件的設(shè)計與編程。本軟件界面是使用C#軟件VisualStudio2010編寫設(shè)計，我們選用的工控機型號為研祥PPC-1261。由于本系統(tǒng)涉及到信息數(shù)據(jù)的采集、存儲和管理，數(shù)據(jù)量大，種類多，因此我們選用了專業(yè)的MySQL數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的存儲和管理。

上位機主要由三個界面組成：第一個界面顯示實時的熱處理數(shù)據(jù)信息；第二個界面查詢歷史記錄和顯示歷史曲線；第三個界面是一些功能設(shè)置以及EXCEL導(dǎo)出。界面設(shè)計完畢即進行C#編程，首先完成整個界面的初始化，之后創(chuàng)建目錄，以便存儲歷史數(shù)據(jù)，同時還需設(shè)置系統(tǒng)時間，使得工控機時間與PLC時間同步。建好目錄后就與MySQL數(shù)據(jù)庫建立連接，檢查是否已建立當(dāng)天數(shù)據(jù)庫和表。若已建立，則打開串口，接收數(shù)據(jù)，同時打開定時器，執(zhí)行中斷程序。否則需重新建庫建表，重復(fù)上述過程。串口通訊成功后，數(shù)據(jù)就可傳輸?shù)焦た貦C上位機界面。

上位機編程主要涉及三個主要程序的編寫：（1）串口通訊程序。串口通訊我們使用了C#工具欄的控件—SerialPort。我們選擇事件serialPort_DataReceived加以調(diào)用，串口數(shù)據(jù)接收、處理等可以直接在該函數(shù)里進行編寫。為了保證接收數(shù)據(jù)的準確性和完整性，我們采用了多種措施排除干擾，最后還對數(shù)據(jù)進行了校驗[3]；（2）歷史數(shù)據(jù)查詢。歷史記錄查詢是工控機軟件的一大重要功能。軟件設(shè)計時，我們對查詢建立了索引，查詢結(jié)果可以看到工件的熱處理數(shù)據(jù)和時間、工位等具體信息。當(dāng)工件分揀出現(xiàn)異常時，技術(shù)人員可以通過查詢歷史記錄，通過比對數(shù)據(jù)分析，找出原因所在，及時排除故障；（3）數(shù)據(jù)導(dǎo)出。當(dāng)需要導(dǎo)出數(shù)據(jù)至EXCEL進行查詢和分析時，首先需要選擇導(dǎo)出條件，主要是日期。然后選擇導(dǎo)出，若數(shù)據(jù)庫有需要導(dǎo)出的內(nèi)容，軟件會執(zhí)行將數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL，導(dǎo)出到D盤相應(yīng)目錄，同時軟件界面會提示導(dǎo)入成功。插入U盤，界面會顯示相應(yīng)盤符，然后點擊相應(yīng)文件和按鈕，文件即被導(dǎo)出至U盤。

5　數(shù)據(jù)分析

下圖所示為導(dǎo)出至EXCEL的一段歷史數(shù)據(jù)記錄，記錄共有十個屬性，分別是時間、工位、溫度信息、模擬量信息(電壓電流頻率)以及工件分揀信息(良品、廢品和返修)。

從上圖可發(fā)現(xiàn)有5條記錄的分揀信息記錄是返修，從后面的5個屬性進行分析，發(fā)現(xiàn)這5條的記錄的其他屬性在正常范圍內(nèi)，但是回火溫度屬性數(shù)據(jù)都超出了200攝氏度，而我們設(shè)定的回火溫度范圍最大值不能超過200攝氏度，因此這五個工件被判定為返修，其他都是良品，分揀正確。

6　總結(jié)

本文所設(shè)計的淬火機床信息采集及處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對淬火設(shè)備進行能量監(jiān)控。同時還可進行歷史記錄查詢和導(dǎo)出。另外我們還設(shè)計了遠程客戶端，實現(xiàn)了遠程訪問和監(jiān)控。本系統(tǒng)已順利通過了客戶驗收，現(xiàn)已投入市場。

參考文獻：

[1]張軍占,劉卜.淺談機電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013,10(23):15-17.

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)[M].北京：高等教育出版社,2006.

[3]張向榮.車載數(shù)據(jù)采集與通信裝置的設(shè)計與實現(xiàn)[D].湖南大學(xué),2009.