具有遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控功能的鋁隔條折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張從鵬，李東旭

(北方工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京100144)

中空玻璃具有節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，因此生產(chǎn)中空玻璃所必需的鋁隔條折彎?rùn)C(jī)具有很好的市場(chǎng)?，F(xiàn)有的鋁隔條折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)有兩種類型:一種是IPC+運(yùn)動(dòng)控制卡類型，由于這種類型采用工控機(jī)，還需要配觸摸屏，并且系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)功耗大，因此造價(jià)很高;另一種類型是采用PLC+觸摸屏方式，這種類型的應(yīng)用軟件不豐富，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序困難。這兩種類型控制系統(tǒng)的折彎?rùn)C(jī)都不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，用其加工鋁框時(shí)需要員工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，當(dāng)折彎?rùn)C(jī)發(fā)生故障時(shí)必須到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行診斷。針對(duì)以上不足，文中開(kāi)發(fā)了一種基于WinCE 系統(tǒng)的鋁隔條折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)，降低了成本，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控功能，提高了折彎?rùn)C(jī)的集成化、智能化水平，對(duì)鋁隔條折彎?rùn)C(jī)的開(kāi)發(fā)具有重要的意義。

1 折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

鋁隔條折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要由基于WinCE 系統(tǒng)的工業(yè)觸屏計(jì)算機(jī)、GSM 無(wú)線通信模塊、運(yùn)動(dòng)控制卡、傳感器和其他元件組成。

利用基于WinCE 的上位機(jī)向運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出加工指令，運(yùn)動(dòng)控制卡接收到指令后控制電機(jī)、氣缸完成相應(yīng)動(dòng)作，并接收反饋回來(lái)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁隔條的加工。通過(guò)無(wú)線通信模塊，利用GSM 技術(shù)以收發(fā)短信息的方式完成折彎?rùn)C(jī)的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控。

圖1 折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2 控制系統(tǒng)主要硬件選擇

為降低折彎?rùn)C(jī)成本并且實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控功能，上位機(jī)選擇的WLT_TFT800 ×600 型10 英寸工業(yè)觸摸屏計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)使用WindowsCE6.0 操作系統(tǒng)，性能穩(wěn)定，增加了折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。相比較IPC+觸摸屏類型的折彎?rùn)C(jī)大大降低了成本，采用WinCE 系統(tǒng)也便于進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。

無(wú)線通信模塊是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控功能的重要模塊，折彎?rùn)C(jī)無(wú)線通信模塊采用的是GSM MODEM，通過(guò)RS232 接口與上位機(jī)相連，能夠?qū)崿F(xiàn)收發(fā)短信的功能。

折彎?rùn)C(jī)的下位機(jī)采用MTEC-001 型運(yùn)動(dòng)控制卡，通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)連接進(jìn)行通信，可以滿足折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)對(duì)速度和精度要求，而且該卡比現(xiàn)有折彎?rùn)C(jī)使用的運(yùn)動(dòng)控制卡價(jià)格低廉。

3 控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)軟件在Microsoft Visual Studio 2008 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下開(kāi)發(fā)，使用C#語(yǔ)言進(jìn)行編程，結(jié)合SQL 語(yǔ)句對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。軟件主要由生產(chǎn)管理、運(yùn)動(dòng)控制(包括手動(dòng)折彎與自動(dòng)折彎)、系統(tǒng)監(jiān)控主要功能模塊組成。

圖2 折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)軟件功能框圖

折彎?rùn)C(jī)上位機(jī)使用WinCE 操作系統(tǒng)，根據(jù)軟件的主要功能模塊，開(kāi)發(fā)基于WinCE 的折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)程序。

3.1 生產(chǎn)管理類程序開(kāi)發(fā)

生產(chǎn)管理界面如圖3所示，可以查詢生產(chǎn)日志，包括鋁框的生產(chǎn)日期、批號(hào)、規(guī)格等信息;可以通過(guò)工號(hào)查詢員工姓名、年齡、照片等資料，也可以添加新員工信息。圖3 為成功添加新員工信息后系統(tǒng)給出的提示。

圖3 生產(chǎn)管理界面

生產(chǎn)管理程序的編寫(xiě)主要是基于WinCE 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)處理程序的編寫(xiě)。包括生產(chǎn)信息管理在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)處理程序，例如數(shù)據(jù)的添加、查詢、修改、刪除等操作，都使用Microsoft SQL Server Compact 3.5來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。通過(guò)SQL 語(yǔ)句來(lái)定義數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)表，通過(guò)執(zhí)行SQL 命令語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行添加、修改等操作，利用DataGrid 控件顯示數(shù)據(jù)。

3.2 運(yùn)動(dòng)控制類程序開(kāi)發(fā)

折彎?rùn)C(jī)通過(guò)一系列電機(jī)、氣缸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋁隔條折彎加工工藝，流程是先上料(將鋁條從料倉(cāng)移到折彎操作臺(tái))，然后確定折彎加工原點(diǎn)，再根據(jù)設(shè)定的鋁框參數(shù)依次執(zhí)行進(jìn)給與折彎以完成對(duì)鋁框的成型加工。進(jìn)給時(shí)如果檢測(cè)到用完整根鋁條，會(huì)啟動(dòng)插接操作將兩根鋁條連接在一起，還要注意計(jì)算插腳避讓，也就是通過(guò)截?cái)嗖糠咒X條以避免接頭處于鋁框折角處。

運(yùn)動(dòng)控制程序的開(kāi)發(fā)主要包括手動(dòng)折彎和自動(dòng)折彎應(yīng)用程序的編寫(xiě)。手動(dòng)折彎界面如圖4所示，通過(guò)手動(dòng)折彎程序可以實(shí)現(xiàn)單步加工，包括上料、插接、進(jìn)給、折彎、截?cái)嗟炔僮鳎瑫r(shí)也可以單獨(dú)對(duì)每個(gè)電機(jī)、氣缸執(zhí)行操作，并顯示電機(jī)、氣缸的位置狀態(tài)。

圖4 手動(dòng)折彎界面

通過(guò)利用運(yùn)動(dòng)控制卡基于WinCE 操作系統(tǒng)下的運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)(LHJD.CNC.Base.CE.dll)，調(diào)用庫(kù)中的相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)編寫(xiě)單步加工程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確、高速、協(xié)調(diào)的控制。編寫(xiě)運(yùn)動(dòng)控制程序的具體流程如圖5所示。

自動(dòng)折彎主要功能是實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)一定數(shù)量的同種規(guī)格的鋁框，提高了生產(chǎn)效率。

自動(dòng)折彎運(yùn)動(dòng)程序的編寫(xiě)調(diào)用了手動(dòng)折彎的運(yùn)動(dòng)控制程序的方法，依次執(zhí)行單步加工運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)折彎工藝，控制卡實(shí)時(shí)將電機(jī)、氣缸、限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)反饋到上位機(jī)，確保運(yùn)動(dòng)正確執(zhí)行。在參數(shù)設(shè)置里面、可以設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)度與角度的誤差補(bǔ)償?shù)染唧w參數(shù)來(lái)優(yōu)化折彎工藝。

圖5 運(yùn)動(dòng)控制程序編寫(xiě)流程圖

圖6所示為加工矩形鋁框?qū)嶒?yàn)的示意圖。設(shè)定加工件數(shù)，矩形邊長(zhǎng)A、B 等參數(shù)，由A 計(jì)算第一次進(jìn)給長(zhǎng)度，進(jìn)給結(jié)束進(jìn)行90°的折彎，折彎結(jié)束進(jìn)行第二次進(jìn)給，長(zhǎng)度為B。如果進(jìn)給過(guò)程中檢測(cè)到需要插接，則執(zhí)行上料與插接的操作。依次執(zhí)行進(jìn)給與折彎直至矩形鋁框成型，成型后截?cái)噤X隔條并存儲(chǔ)加工信息，如此循環(huán)完成全部生產(chǎn)。

圖6 折彎?rùn)C(jī)自動(dòng)加工矩形鋁框?qū)嶒?yàn)

3.3 系統(tǒng)監(jiān)控類程序開(kāi)發(fā)

通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)控界面來(lái)實(shí)現(xiàn)折彎?rùn)C(jī)的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控功能，可以監(jiān)測(cè)傳感器狀態(tài)、查看折彎?rùn)C(jī)運(yùn)行中運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。

折彎?rùn)C(jī)與監(jiān)控中心之間的通信不要求嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性，采用GSM 技術(shù)以可以滿足系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)時(shí)間的要求，同時(shí)選擇合適的通信運(yùn)營(yíng)商提供的短信包月業(yè)務(wù)來(lái)控制信息費(fèi)成本。

監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送、讀取、刪除短信息的過(guò)程是上位機(jī)通過(guò)串口向通信模塊發(fā)送AT 指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。基于WinCE 系統(tǒng)編寫(xiě)串口通信程序，利用Microsoft Visual Studio 2008 工具箱的SerialPort 控件編寫(xiě)串口通信函數(shù)。對(duì)存儲(chǔ)短信息的數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行查詢、修改等操作時(shí)通過(guò)執(zhí)行SQL 命令語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障需要遠(yuǎn)程診斷時(shí)，折彎?rùn)C(jī)能自動(dòng)發(fā)出信息并接收診斷中心的調(diào)試指令進(jìn)行故障診斷，其流程如圖7所示。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)收到查詢運(yùn)行狀態(tài)指令后，如圖8 流程所示，能夠準(zhǔn)確將相關(guān)IO 口狀態(tài)發(fā)送回來(lái)。如果系統(tǒng)收到的為加工指令，則會(huì)控制電機(jī)、氣缸運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折彎加工，短信息收發(fā)無(wú)誤，監(jiān)控指令傳達(dá)正常。窗口能正確顯示接收到的指令，可以對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行查詢。

圖7 遠(yuǎn)程故障診斷流程圖

圖8 執(zhí)行監(jiān)控指令流程圖

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，軟件在基于WinCE 的觸屏計(jì)算機(jī)上運(yùn)行正常，通過(guò)人機(jī)交互界面?zhèn)鬟_(dá)加工指令，執(zhí)行元件運(yùn)轉(zhuǎn)正確，鋁框成型良好，實(shí)現(xiàn)了折彎加工工藝。通過(guò)無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)了折彎?rùn)C(jī)的遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)正常。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了折彎工藝，并可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線監(jiān)控，提高了中空玻璃折彎?rùn)C(jī)的自動(dòng)化水平。系統(tǒng)運(yùn)行可靠、成本低，具有良好的推廣前景。

【1】張財(cái)政.中空玻璃鋁隔條自動(dòng)折彎?rùn)C(jī)設(shè)計(jì)與控制［D］.北京:北方工業(yè)大學(xué)，2010.

【2】王浩.基于WINCE 模擬器的短信收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(1):9－13.

【3】陳志云，張應(yīng)輝，李丹.基于C#的Windows CE 程序開(kāi)發(fā)實(shí)例教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

【4】長(zhǎng)沙市兩湖機(jī)電設(shè)備有限公司.MTEC 系列運(yùn)動(dòng)控制卡編程手冊(cè)［M］，2011.