自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與計算機處理技術(shù)*

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)

0 引言

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，可以進行后處理［1］;大多數(shù)企業(yè)的非標生產(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。

1 設(shè)備動作原理

1.1 結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 性能參數(shù)

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。

1.3 動作過程

(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備工作。

(3)工件加工:

旋扣馬達正轉(zhuǎn)(達到設(shè)定的旋緊扭矩時為止)，完成聯(lián)結(jié)管件的旋緊工作;旋扣馬達反轉(zhuǎn)(扭矩達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。

1.4 設(shè)備的其他要求

旋扣馬達旋轉(zhuǎn):可在低扭矩、中扭矩、高扭矩下正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn);旋扣馬達1單動、旋扣馬達2單動、旋扣馬達1和2聯(lián)動的自由組合的運行方式［3］。

2 系統(tǒng)連接設(shè)計

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

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)采樣程序

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

3.2 人機畫面

本研究采用臺灣臺達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:

4 計算機數(shù)據(jù)處理

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。

4.1 對話框的制作

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

4.2 數(shù)據(jù)處理

以數(shù)據(jù)導(dǎo)入為例說明計算機程序如下［11］:

4.3 分析

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)。

5 結(jié)束語

在制造業(yè)高度繁榮、工業(yè)自動化蓬勃發(fā)展的今天，自動化非標設(shè)備企業(yè)的市場競爭呈上升趨勢，本研究提出了非標設(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進行自動化編程、壓力變送器進行數(shù)據(jù)的檢測、A/D模塊進行數(shù)據(jù)的采樣、HMI進行人機對話、U盤為數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)、計算機進行數(shù)據(jù)處理的方法。該創(chuàng)新方法先進合理，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.