自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)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(jī)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(dòng)化控制，而且還要滿足對(duì)生產(chǎn)或加工的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、管理、生成報(bào)表或圖形等要求;由于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理間的實(shí)時(shí)性要求不高，可以進(jìn)行后處理［1］;大多數(shù)企業(yè)的非標(biāo)生產(chǎn)設(shè)備需要自動(dòng)化控制來(lái)完成設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率;需要由人機(jī)界面操作來(lái)監(jiān)視設(shè)備的生產(chǎn)狀況、控制生產(chǎn)參數(shù)、報(bào)警點(diǎn)和曲線圖的顯示等;需要利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)或加工的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、管理、生成報(bào)表或圖形等［2］。

本研究提出一種用U盤進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸、用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)代替價(jià)格昂貴的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法，并且以在企業(yè)中實(shí)際應(yīng)用的全自動(dòng)螺紋旋扣機(jī)來(lái)說(shuō)明具體的技術(shù)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)流程。

1 設(shè)備動(dòng)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(zhǎng)度:10 m;

驅(qū)動(dòng)功率:20 kW～30 kW。

1.3 動(dòng)作過(guò)程

(1)工件裝夾:

活動(dòng)鉗松開(kāi)—插銷油缸退出—翻蓋油缸打開(kāi)—工件(絲母與絲桿)放入—翻蓋油缸閉合—插銷油缸插入—活動(dòng)鉗夾緊(夾緊絲桿)，完成工件的裝夾。

(2)工件輸送:

旋扣鉗松開(kāi)—活動(dòng)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(zhǔn)備工作。

(3)工件加工:

旋扣馬達(dá)正轉(zhuǎn)(達(dá)到設(shè)定的旋緊扭矩時(shí)為止)，完成聯(lián)結(jié)管件的旋緊工作;旋扣馬達(dá)反轉(zhuǎn)(扭矩達(dá)到能松開(kāi)工件時(shí)為止)，完成聯(lián)結(jié)管件的松開(kāi)工作。

(4)工件拆卸:

旋扣馬達(dá)停止—旋扣鉗松開(kāi)—活動(dòng)鉗右行(直至絲母完全離開(kāi)旋扣鉗)—活動(dòng)鉗松開(kāi)—插銷油缸退出—翻蓋油缸打開(kāi)，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(dá)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(dá)1單動(dòng)、旋扣馬達(dá)2單動(dòng)、旋扣馬達(dá)1和2聯(lián)動(dòng)的自由組合的運(yùn)行方式［3］。

2 系統(tǒng)連接設(shè)計(jì)

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(tái)灣臺(tái)達(dá)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(jiǎn)化，提高了整機(jī)的自動(dòng)化程度［4］。本研究采用的模擬量測(cè)壓和人機(jī)操作界面，與同類其他設(shè)備相比，具有設(shè)計(jì)合理、性能穩(wěn)定、功能齊全、運(yùn)行可靠、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)［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(jìn)行接收并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)［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(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采樣程序

在自動(dòng)化的領(lǐng)域中，有許多的測(cè)量單元，是以模擬信號(hào)的模式進(jìn)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(duì)A/D模塊的CR寄存器進(jìn)行讀/寫(xiě)的動(dòng)作，所傳回至PLC的信號(hào)為K-8 000～K8 000的數(shù)字量，即可提供PLC進(jìn)行運(yùn)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(jī)畫(huà)面

本研究采用臺(tái)灣臺(tái)達(dá)DOP-B07S211的觸摸屏數(shù)據(jù)的下載、轉(zhuǎn)換和上傳，通過(guò)人機(jī)界面軟件完成對(duì)操作參數(shù)的設(shè)置，其主要畫(huà)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(dòng)循環(huán)的方式執(zhí)行，執(zhí)行到最后一行宏指令后，會(huì)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(jī)界面軟件中按“”，以報(bào)表的形式將所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到U盤中［9］。背景宏的程序部分如下:

4 計(jì)算機(jī)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(duì)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理對(duì)話框如圖5所示［10］。

圖5 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理對(duì)話框

4.2 數(shù)據(jù)處理

以數(shù)據(jù)導(dǎo)入為例說(shuō)明計(jì)算機(jī)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(lái)源有:壓力表的讀數(shù)精度誤差、壓力變送器的檢測(cè)精度誤差、A/D模塊的數(shù)據(jù)采樣誤差，由此可見(jiàn)，誤差與系統(tǒng)的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程無(wú)關(guān)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在制造業(yè)高度繁榮、工業(yè)自動(dòng)化蓬勃發(fā)展的今天，自動(dòng)化非標(biāo)設(shè)備企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)呈上升趨勢(shì)，本研究提出了非標(biāo)設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程與計(jì)算機(jī)應(yīng)用的理念與思路。限于篇幅，本研究沒(méi)有提供完整的設(shè)計(jì)內(nèi)容，提出了自動(dòng)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)融合的過(guò)程供讀者參考。該技術(shù)具有以下特點(diǎn):

(1)利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的Visual Basic6.0編程軟件和Microsoft Office Excel辦公軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)管理地取代價(jià)格昂貴的工控機(jī)，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(shí)現(xiàn)圖表即曲線圖的生成。

(3)利用PLC進(jìn)行自動(dòng)化編程、壓力變送器進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測(cè)、A/D模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣、HMI進(jìn)行人機(jī)對(duì)話、U盤為數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)、計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法。該創(chuàng)新方法先進(jìn)合理，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有一定的推廣價(jià)值。

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