基于PLC1200的槍彈長度檢測機智能化改造設(shè)計

全 越 叢培田 韓 輝

(沈陽理工大學(xué)機械工程學(xué)院，遼寧沈陽110159)

目前生產(chǎn)中使用的5.8 mm槍彈彈長與合膛高度檢測線機，是多年前生產(chǎn)的純機械檢測機，缺點之一是檢測精度低，有合格品誤判和不合格品漏判的情況;缺點之二是機器是純機械組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高。為了提高設(shè)備的檢測精度和降低設(shè)備的故障率，應(yīng)用非接觸檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)［1］和智能控制技術(shù)［2］對現(xiàn)有設(shè)備機械進行技術(shù)改造，科學(xué)處理機械、電氣各部分的結(jié)合問題，使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便。采用直接式非接觸彈長檢測傳感器新技術(shù)［3］，減少測量機構(gòu)的機械傳遞、放大機構(gòu)、機械配合和磨損等因素造成的累積誤差，以實現(xiàn)檢測機構(gòu)的高精度、重復(fù)性和穩(wěn)定性好、使用壽命長的優(yōu)點。

1 檢測系統(tǒng)的總體方案設(shè)計

1.1 設(shè)備智能化技術(shù)改造方案

圖1為應(yīng)用電子檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)和智能控制技術(shù)對現(xiàn)有設(shè)備進行智能化技術(shù)改造的方案。其中彈長檢測裝置和合膛高度檢測裝置采用非接觸電渦流位移傳感器方式實現(xiàn)彈長超差數(shù)值檢測和合膛高度超差數(shù)值檢測;彈長超差剔除和合膛超差剔除結(jié)構(gòu)采用數(shù)控快速三位電磁控制結(jié)構(gòu)技術(shù)，實現(xiàn)快速準確的定位控制。在合格品出口加合格品計數(shù)器，將合格品的數(shù)量信息傳輸給PLC1200;應(yīng)用液晶屏實現(xiàn)對彈長的測量、合膛高度的測量、實現(xiàn)彈長超差與合膛超差的剔除控制、合格品數(shù)量的數(shù)據(jù)管理和顯示［4］。

1.2 彈長與合膛高度超差量檢測結(jié)構(gòu)改造方案

如圖2和圖3所示，采用高精度非接觸電渦流電磁位移傳感器進行反映超差量的探桿極近距離量h的測量，經(jīng)過信號調(diào)理器的轉(zhuǎn)換，將機械量h變換為電壓量vh，以利于后續(xù)電路系統(tǒng)對信號的數(shù)字量轉(zhuǎn)換。變換過程中具有抗干擾技術(shù)，避免產(chǎn)生噪聲干擾;同時確保測試系統(tǒng)具有線性特性。

1.3 彈長與合膛高度超差的剔除

超差剔除裝置的3個位置，彈長超差剔除裝置如圖4所示的3個位置。產(chǎn)品合格，裝置處于中間位置，產(chǎn)品不剔除;產(chǎn)品超長，裝置處于左圖位置，不合格產(chǎn)品落入右側(cè)回收箱;產(chǎn)品超短，裝置處于右圖位置，不合格產(chǎn)品落入左側(cè)回收箱內(nèi)。

改造方案中采用圖5所示，3點位置電磁控制器，剔除機構(gòu)在0.2 s以內(nèi)實現(xiàn)中間常態(tài)位置與端點位置的移動和復(fù)位，應(yīng)用了數(shù)字控制技術(shù)、電磁技術(shù)、機械互鎖機構(gòu)、機械能機構(gòu)恢復(fù)機構(gòu)，實現(xiàn)檢測機連續(xù)改造過程中的穩(wěn)定可靠和低故障率以及檢修的便捷性。

1.4 合格品計數(shù)器

槍彈生產(chǎn)中的準確計數(shù)對管理十分重要。系統(tǒng)中采用紅外高靈敏度光電傳感器，對出口的合格品進行檢測，每過一個合格品，檢測器準確產(chǎn)生一個正脈沖，并且傳輸給控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。

PLC1200控制系統(tǒng)是本設(shè)備的智能化技術(shù)改造的核心單元，系統(tǒng)由CPU、64k程序區(qū)、8k數(shù)據(jù)區(qū)、彩色液晶顯示器、鍵盤控制器和通訊記錄單元組成，實現(xiàn)對彈長與合膛高度測試單元的控制，和對剔除機構(gòu)的控制［5］。

2 檢測系統(tǒng)的程序設(shè)計

在檢測系統(tǒng)硬件配置及傳感器標定完成后，利用PLC1200編制相應(yīng)的程序，完成數(shù)據(jù)的采集、分析、比較、輸出指令、存儲和顯示。該程序主要包括檢測信號的采集、比較判斷控制指令的發(fā)出和數(shù)據(jù)的顯示3大部分。

2.1 PLC1200的信號采集系統(tǒng)

高精度非接觸電渦流電磁位移傳感器進行反映超差量的探桿極近距離量h的測量，經(jīng)過信號調(diào)理器的轉(zhuǎn)換，將機械量h變換為電壓量vh后，通過PLC1200的AI通道輸入給CPU，輸入的電壓值，CPU每隔2 ms采集一次，梯形圖程序如圖7所示。

2.2 PLC1200比較判斷控制指令的發(fā)出系統(tǒng)

通過每次實時測得的最小電壓值與標準彈標定時測得的對應(yīng)的電壓值比較大小，在范圍內(nèi)為合格;超出上限或低于下限，均為不合格，PLC1200對應(yīng)發(fā)出超長或超短指令，控制三點位置電磁控制器的不同線圈，實現(xiàn)剔除機構(gòu)在0.2 s以內(nèi)實現(xiàn)中間常態(tài)位置與端點位置的移動和復(fù)位［6］。梯形圖程序如圖8所示。

2.3 液晶屏顯示系統(tǒng)

液晶屏選用西門子品牌，通過以太網(wǎng)與PLC1200通訊，支持PLC編程語言，人機界面友好。

3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

本文論述的對現(xiàn)有設(shè)備機械改造最終實現(xiàn)的功能如下:實現(xiàn)對彈長測試單元的檢測;實現(xiàn)對合膛高度測試單元的檢測;實現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的計算和處理，判定是否合格;實現(xiàn)對彈長剔除機構(gòu)的控制;實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的顯示和存儲。

彈長的上限值為33.45 mm，下限為32.95 mm，通過本檢測系統(tǒng)，做了10組試驗，每組試驗件為超短、合格和超長彈各5發(fā)，總共150發(fā)彈，長、短檢測及全部動作準確，合格品誤判和不合格品漏判的情況為0，遠遠優(yōu)于設(shè)備改造前2%～3%的誤判率。其中一組試驗數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。試驗數(shù)據(jù)表明，此次改造給軍工企業(yè)帶來了性能明顯的高質(zhì)量設(shè)備，同時改造成本低廉，開發(fā)周期短，使用簡單、直觀，比傳統(tǒng)的純機械檢測設(shè)備具有更高性價比，更加便于操作，降低工人勞動強度，為軍品質(zhì)量帶來了可靠的保障。

表1 彈長檢測值及剔除動作一覽表

［1］張春.深入淺出西門子S7－1200PLC［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2009:25－33.

［2］馮博，徐淑華.SIMATIC S71200可編程控制器技術(shù)特點［J］.機械與電子，2010(23):120－121.

［3］強錫富.傳感器［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001.

［4］廖常初.S7－1200PLC編程及應(yīng)用［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010:3－21.

［5］SIEMENS.SIMATIC S7－1200可編程控制器系統(tǒng)手冊［Z］.2009:41－43.

［6］SiemensAG.SIMATIC S7－1200－micro controller for totally intergrated automation［Z］.2009.