人機界面操作系統(tǒng)在電刷鍍電源中的應用

薛伯生，任曉方

(1.南車集團戚墅堰機車車輛研究所有限公司，江蘇常州 213011;2.無錫沃倫特機械制造有限公司，江蘇無錫 214171)

引 言

通常完成一次電刷鍍有多個工藝步驟，工作過程為電凈→活化→鍍過渡層→鍍工作層。以一般鋼鐵件電刷鍍快速鎳工藝為例(其中正極性工件為負極，負極性工件為正極)，第一步電凈液工件為負極U為12V;第二步2號活化液工件為正極U為12V;第三步3號活化液工件為正極U為18V;第四步特殊鎳，工件為負極U為15～18V;第五步快速鎳TDY-102工件為負極U為15V，繼續(xù)刷鍍到尺寸。

從工藝過程中可以看到，在刷鍍工件時需要不斷調整電源的極性、工作電壓、刷鍍溶液等諸多工藝參數(shù)，完成一次刷鍍工序需要操作人員記住許多工藝參數(shù)，不僅勞動強度大，而且還會帶來工藝參數(shù)設定不準確的弊端，不能達到與刷鍍溶液之間的完美匹配，造成刷鍍質量的下降。為此，研制一種新型的智能電刷鍍電源，它可以實現(xiàn)預先排定刷鍍工藝，實現(xiàn)人機交互，同時具有隨時幫助提醒功能，是一種全新的智能化電源。

1 控制原理

在電刷鍍工藝的諸多工藝參數(shù)中，與電源有關的工藝參數(shù)是電源的輸出極性和刷鍍電壓，其中刷鍍電壓又和刷鍍液密切相關，不同的工藝有著不同的參數(shù)，這就要求電刷鍍電源能靈活調節(jié)，并能根據選擇的刷鍍液自動匹配輸出刷鍍電壓，這也是操作系統(tǒng)的基本控制點。

圖1 為電源原理框圖。電源采用半橋拓撲逆變電路，MCU單片機控制電路2和PWM脈寬調制電路1產生受控脈寬信號，控制逆變電路產生刷鍍工藝所需的電壓。觸摸屏3為工業(yè)通用人機界面HMI，內建WinCE操作系統(tǒng)，預裝嵌入式組態(tài)軟件，通過組態(tài)可以得到靈活的控制邏輯及控制參數(shù)，經通訊接口將控制參數(shù)傳送至MCU單片機控制電路2，從而達到控制的目的。從上面所述可以看出，電源的控制指令來自人機界面HMI。

圖1 電源原理框圖

2 操作系統(tǒng)的建立

工業(yè)通用人機界面HMI選用北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司生產的TPC1062KS，是一套以ARM結構嵌入式低功耗CPU為核心的高性能嵌入式一體化觸摸屏，128M固體硬盤，采用10英寸高亮度TFT液晶顯示屏，四線電阻式觸摸屏，內建WinCE操作系統(tǒng)，預裝MCGS嵌入式組態(tài)軟件，面板防護等級IP65，可通過計算機或U盤對其內部的組態(tài)工程進行改變，其串口以RS232和RS485兩種方式和其他智能設備通訊。電刷鍍操作系統(tǒng)就是依托HMI建立的。

2.1 組態(tài)軟件簡介

“MCGS嵌入版組態(tài)軟件”是基于RTOS(realtime multi-tasks operating system)實時多任務系統(tǒng)的組態(tài)軟件，用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構造自己的應用系統(tǒng)，從而把用戶從繁瑣的編程中解脫出來?？梢詫崿F(xiàn)動畫顯示，編制控制策略，圖示化控制元件，操作菜單設計，與外部設備連接，工程密碼設置，遠程U盤下載升級等功能。其主要特點是:簡單靈活的可視化操作界面;實時性強、有良好的并行處理性能;豐富、生動的多媒體畫面;實時數(shù)據庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便;完善的安全機制;多樣化的報警功能和方便控制復雜的運行流程。

基于組態(tài)軟件的特點，可以將電刷鍍工藝圖示化，將工藝參數(shù)存儲于HMI中的數(shù)據庫中，根據運行策略和流程需要去控制電源輸出。

2.2 電刷鍍操作系統(tǒng)的建立

電刷鍍操作系統(tǒng)是依托組態(tài)軟件而建立的，內部建有工藝路線數(shù)據庫、刷鍍溶液數(shù)據庫、溶液參數(shù)數(shù)據庫，這些數(shù)據庫通過動畫、操作菜單、運行策略及流程控制，共同形成面向電刷鍍工藝的操作系統(tǒng)，其重點是為完成刷鍍任務而建立工藝路線，并根據工藝要求輸出控制指令，控制電源按指令調節(jié)輸出參數(shù)。

下面展示HMI操作系統(tǒng)的有關截圖畫面。

圖2 為電刷鍍電源開機后HMI顯示的主工作界面。從界面上可以直接讀到刷鍍電壓、刷鍍電流和刷鍍電量值。點擊切換按鈕可以改變電源輸出極性，同時還固化有兩組常用工藝，可以自定義兩組刷鍍工藝。主頁面上還有電刷鍍技術介紹和使用幫助按鈕，單擊可以進一步獲得圖文并茂的信息。

圖2 HMI顯示的主工作界面

圖3 為執(zhí)行工藝時的界面。只需單擊圖3中下一步按鈕，就可以快速按預先設定好的工藝參數(shù)進行刷鍍，這一全新的操控模式，簡化了操控電源的方法，降低了對操作人員的要求。同時，由于控制參數(shù)的一致性，工藝穩(wěn)定性提高，從而提高了刷鍍質量。

圖3 執(zhí)行工藝時的界面

圖4 為自定義工藝界面。從圖4界面上可以看出該自定義工藝有5個工藝步驟，操作系統(tǒng)給出了每個步驟所需的刷鍍液、極性和刷鍍電源，單擊編輯工藝按鈕，可進行自定義工藝路線的修改和參數(shù)設定。

圖4 自定義工藝界面

圖5 為自定義工藝編輯界面。圖5中內部操作系統(tǒng)建有刷鍍液參數(shù)的數(shù)據庫，可靈活選擇，也可以根據實際情況對電壓參數(shù)進行修正。首先進行工藝路線設計，選擇刷鍍類型，操作系統(tǒng)會自動給出所需電鍍液的牌號、極性及刷鍍電壓。

圖5 自定義工藝編輯界面

3 操作系統(tǒng)的應用實例

以電刷鍍快速鎳工藝為例，說明刷鍍操作過程。點擊“快速鎳”按鈕，顯示刷鍍快速鎳的工藝路線如圖6。點擊圖6中返回按鈕，返回主頁面，顯示工藝準備步驟，單擊“下一步”按鈕，進入下一步工藝步驟“電凈”，電源自動設置“電凈”工藝所需的電壓12V和反極性。單擊“下一步”按鈕，進入下一步工藝步驟“一次活化”，電源自動設置“一次活化”工藝所需的電壓12V和反極性。單擊“下一步”按鈕，進入下一步工藝步驟“二次活化”，電源自動設置“二次活化”工藝所需的電壓12V和反極性。單擊“下一步”按鈕，進入下一步工藝步驟“特殊鎳”，電源自動設置“特殊鎳”工藝所需的電壓18V和正極性。單擊“下一步”按鈕，進入下一步工藝步驟“快速鎳”，電源自動設置“快速鎳”工藝所需的電壓15V和正極性。單擊“下一步”按鈕，顯示工藝已完成。如要重復執(zhí)行快速鎳工藝，單擊“重復執(zhí)行”按鈕，重復執(zhí)行。智能電刷鍍電源特別適用于電刷鍍批量生產。

圖6 一般鋼鐵件電刷鍍工藝

4 結論

電刷鍍技術的應用是一個復雜的應用系統(tǒng)，有的用于修復新零件尺寸超差，有的用于再制造，有的用于零件的局部刷鍍，不同的客戶有著不同的需求。因此，電刷鍍操作系統(tǒng)也是一個動態(tài)變化的系統(tǒng)，以上只是初步介紹了電刷鍍操作系統(tǒng)的基本情況?；诮M態(tài)軟件的電刷鍍操作系統(tǒng)還可以根據不同客戶的需求，定制不同的操作系統(tǒng)，客戶只要提出問題需求，電刷鍍操作根據自身經驗或試驗數(shù)據，建立新的定制操作系統(tǒng)，客戶只要通過遠程下載升級包，拷貝到U盤，用U盤插入電源的USB升級接口，按照HMI界面上的提示就可以升級打造具有滿足自己獨特需求的定制操作系統(tǒng)，這樣就大大降低操作人員對操作的依賴，對提高電刷鍍效率、降低掌握新技術的難度、提高刷鍍質量、推廣電刷鍍技術應用十分有利。將電刷鍍操作系統(tǒng)植入電源控制系統(tǒng)中，使得電刷鍍電源已經不單單是傳統(tǒng)意義上的電源了，而使之成為面向提供電刷鍍工藝路線、工藝參數(shù)、質量控制和推廣電刷鍍技術應用的利器。通過選用工業(yè)級通用人機界面HMI，充分發(fā)揮其組態(tài)軟件的強大功能，完全可以將以往紙質工藝作業(yè)指導書圖文并茂地植入HMI內，將工藝固化，實時指導操作人員按圖示化進行操作，實時調整電源輸出參數(shù)。另外，HMI還可以擴展出電源的許多創(chuàng)新的功能，如生產過程中的質量傳承，關鍵步驟的質量提醒，產量計數(shù)，生產日報表等，這些都可以通過組態(tài)軟件來實現(xiàn)，提升了電刷鍍電源的附加價值。對此，本文也僅僅起到一個拋磚引玉的作用，其他更多發(fā)展，有待于致力于電刷鍍技術發(fā)展的人士共同努力。