張 釗

(寧夏機械研究院股份有限公司 銀川 750002)

前言

陶瓷磚抗折試驗機主要是以測得試樣的抗彎強度來反映材料力學(xué)性能的檢測設(shè)備，主要用于陶瓷磚、石材等非金屬板材的彎曲強度試驗。筆者研制開發(fā)具有等載荷加載、壓力曲線顯示、數(shù)據(jù)自動計算等功能的陶瓷磚抗折試驗機電氣控制系統(tǒng)。經(jīng)過實際應(yīng)用，該控制系統(tǒng)提高了陶瓷磚抗折試驗機的控制精度、操作性能，減少試驗數(shù)據(jù)的計算時間，方便用戶使用。

1 工作原理

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖1后支承板 2前支承板 3左側(cè)防護板 4支承輥 5工作臺6支腳 7上壓輥 8保護開關(guān) 9壓力傳感器 10標(biāo)尺11上壓輥刀座 12右側(cè)防護板 13上蓋 14觸摸屏15力值顯示儀 16加載裝置 17立柱 18后防護板

陶瓷磚抗折試驗機對陶瓷磚、瓦以及其它脆性材料作三點彎曲或四點彎曲試驗時，如試驗力大于或等于試樣的極限值時，試樣就會突然斷裂，根據(jù)試樣斷裂時的最大載荷，計算試樣的彎曲強度以及斷裂模數(shù)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件結(jié)構(gòu)

圖2 試驗機電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖2中可以看出，該型陶瓷磚抗折試驗機的電氣控制系統(tǒng)由可編程控制器(PLC)、觸摸屏、力值顯示儀表、測力傳感器、伺服系統(tǒng)、減速機、執(zhí)行機構(gòu)等組成，下面簡單介紹一下它們的特點以及在系統(tǒng)中的作用。

2.1 測力系統(tǒng)

試驗機測力系統(tǒng)由測力傳感器、力值顯示儀表和觸摸屏組成，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 測力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

測力傳感器選用美國傳力的BSS-1T，觸摸屏選用臺達的DOP-B03S211機型，可進行參數(shù)設(shè)置、壓力曲線顯示、數(shù)據(jù)計算。力值顯示儀表由蘇州迅鵬儀表有限公司生產(chǎn)，其型號為：WPB5-DM1R2V0，可以實現(xiàn)峰值力顯示，力值校準(zhǔn)，RS485通訊，力值上限報警輸出等功能。

力值顯示儀表接收測力傳感器的信號并通過RS485通訊功能與PLC進行通訊，將力值數(shù)據(jù)傳輸給PLC，觸摸屏與PLC本體上的RS232口進行通訊連接，并經(jīng)過PLC內(nèi)部運算，觸摸屏也可以實現(xiàn)實時力值的顯示，達到了雙窗口顯示力值的效果，如圖1中14、15所示。

2.2 可編程控制器(PLC)

綜合考慮該型試驗機的輸出控制要求、工藝特點以及通訊要求，本系統(tǒng)中PLC選用臺達的DVP32ES200TC。其具有以下特點：①支持三種編程語言；②脈沖輸出；③RS-232、RS-485通訊接口；④運行過程中可以實現(xiàn)程序?qū)懭?；⑤豐富的應(yīng)用指令使復(fù)雜控制簡化。

PLC是本系統(tǒng)的控制核心，既要接受外部控制信號以及伺服系統(tǒng)報警信號，還要負責(zé)與力值顯示儀表、觸摸屏進行通訊，并通過程序運算控制PLC的輸出信號傳送給伺服系統(tǒng)。由于選用的都是臺達品牌的PLC和觸摸屏，電腦通過與觸摸屏進行連接，可以直接對PLC本體上運行的程序進行修改。

2.3 伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器和伺服電機，選用的是臺達的ASDF-B2系列，伺服電機可以將電壓正信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象；可控制速度、位置，精度非常準(zhǔn)確。伺服系統(tǒng)響應(yīng)速度快，抗過載能力強，實現(xiàn)了位置、速度和力矩的閉環(huán)控制；本系統(tǒng)PLC將控制信號輸送給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器控制伺服電機旋轉(zhuǎn)并通過減速機，驅(qū)動帶有絲杠傳動的執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)力值加載控制。

3 程序

本系統(tǒng)根據(jù)硬件配置要求，程序分4大類：①可編程控制器(PLC)程序；②觸摸屏程序；③伺服系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)設(shè)定；④力值顯示儀表內(nèi)部參數(shù)設(shè)定。PLC程序編制由WPLSoft編程軟件進行編制，如圖4所示。整個程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，這樣方便調(diào)用，易于修改，下面分別介紹所用程序的主要功能。

圖4 PLC程序編制界面

3.1 PLC程序

3.1.1 PLC手動調(diào)試程序

該程序可以實現(xiàn)手動操作觸摸屏上的動作按鍵使執(zhí)行機構(gòu)完成相應(yīng)的單步動作，在手動狀態(tài)下需要調(diào)試的工作有：①調(diào)整地腳螺栓使整機水平；②將壓輥安裝到位；③通過上升、下降按鍵使工作壓輥上、下動作，并檢查上、下極限位是否工作正常；④急停按鈕、安全開關(guān)，以及各信號指示燈工作是否正常；⑤校準(zhǔn)力值；⑥調(diào)試和維修設(shè)備時，需要在手動狀態(tài)下進行。

3.1.2 自動運行程序

自動運行程序的工作流程如圖5所示，該程序能實現(xiàn)試驗機在滿足自動運行時的初始化條件時，按下操作面板上的“運行停止”鍵，試驗機自動進行對試樣的加載，直到試樣斷裂。如中途停機，可再次按下“運行停止”鍵，試驗機會停止工作。

圖5 工作流程圖

3.2 觸摸屏程序

觸摸屏程序中建立了7個基本窗口，1個報警窗口。報警窗口為動態(tài)窗口，只有當(dāng)試驗機發(fā)生故障時，報警窗口才會彈出至當(dāng)前，并顯示具體的故障信息。7個基本窗口的功能說明如下：

(1)基本窗口1：觸摸屏在初始化后顯示的窗口；

(2)基本窗口2：此窗口有狀態(tài)指示以及需要進入其他窗口相對應(yīng)的按鍵；

(3)基本窗口3：此窗口為試驗機自動運行時的操作窗口，包括：運行狀態(tài)指示、力值顯示、加載速度顯示、峰值清零，這些功能都集中在這個窗口上，方便用戶操作以及觀察試驗運行時的情況。

(4)基本窗口4：此窗口為數(shù)據(jù)計算窗口，用戶根據(jù)試樣尺寸輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，可自動計算出試樣的破壞強度和斷裂模數(shù)。

(5)基本窗口5：速度設(shè)置、加載時間、返回時間、力值設(shè)置等參數(shù)都經(jīng)過此窗口輸入至PLC進行運算處理與控制。

(6)基本窗口6：通過此窗口可對試驗機進行手動操作，力值校準(zhǔn)操作。

(7)基本窗口7：此窗口為圧力曲線顯示，主要用來觀察施加在試樣上的力在整個加載過程中的變化趨勢。

3.3 伺服系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)設(shè)定

伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動器和伺服電機組成，伺服驅(qū)動器內(nèi)部參數(shù)輸入主要分為手動輸入和ASDA-Soft操作軟件進行設(shè)定。將電腦與伺服驅(qū)動器進行通訊，并通過該軟件將設(shè)置好的參數(shù)下載至驅(qū)動器內(nèi)，通過這種方式可以較大程度的節(jié)省了參數(shù)輸入時間，同時也縮短了整機調(diào)試的時間。根據(jù)試驗機動作要求，上、下極限位，外部輸入以及報警輸出等要求，對伺服驅(qū)動器內(nèi)相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定，如圖6所示。

圖6 伺服系統(tǒng)參數(shù)編輯界面

3.4 力值顯示儀表內(nèi)部參數(shù)設(shè)定

(1)根據(jù)試驗要求，需要對儀表內(nèi)部參數(shù)進行設(shè)置：傳感器量程上、下限值、峰值力顯示、單位選擇、小數(shù)位選擇、通訊參數(shù)、濾波系數(shù)等需要設(shè)置。

(2)將復(fù)位方式設(shè)定為外部段子復(fù)位方式，方便操作。

(3)儀表報警輸出設(shè)定為上限報警輸出。

4 結(jié)語

TZS-10000型陶瓷磚抗折試驗機經(jīng)多次調(diào)試，技術(shù)要求達到了國標(biāo)要求，現(xiàn)已進入生產(chǎn)階段。該型試驗機電氣控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：①自動化程度高、操作簡便，節(jié)省操作時間。②伺服系統(tǒng)驅(qū)動傳動機構(gòu)，使力值加載穩(wěn)定，可靠。③力值加載方式可選擇等位移、等載荷加載方式。④試驗數(shù)據(jù)自動計算，并留有數(shù)據(jù)輸出接口，方便用戶調(diào)用。⑤故障信息通過觸摸屏直接顯示出來，方便維修人員解決故障原因。缺點主要是試驗機壓頭連接組件間的間隙較大，控制程序需進一步完善優(yōu)化。TZS-10000型陶瓷磚抗折試驗機的設(shè)計成功為寧夏機械研究院陶瓷磚檢測設(shè)備的更新?lián)Q代打下了堅實的基礎(chǔ)；不僅豐富了陶瓷磚抗折試驗機產(chǎn)品的種類，而且能更好的滿足市場需求，為客戶選型陶瓷磚抗折試驗機提供了便利。