淺析TZS-10000陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)電氣設(shè)計(jì)*

張 釗

(寧夏機(jī)械研究院股份有限公司 銀川 750002)

前言

陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)主要是以測(cè)得試樣的抗彎強(qiáng)度來(lái)反映材料力學(xué)性能的檢測(cè)設(shè)備，主要用于陶瓷磚、石材等非金屬板材的彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)。筆者研制開(kāi)發(fā)具有等載荷加載、壓力曲線顯示、數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算等功能的陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，該控制系統(tǒng)提高了陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)的控制精度、操作性能，減少試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算時(shí)間，方便用戶(hù)使用。

1 工作原理

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖1后支承板 2前支承板 3左側(cè)防護(hù)板 4支承輥 5工作臺(tái)6支腳 7上壓輥 8保護(hù)開(kāi)關(guān) 9壓力傳感器 10標(biāo)尺11上壓輥刀座 12右側(cè)防護(hù)板 13上蓋 14觸摸屏15力值顯示儀 16加載裝置 17立柱 18后防護(hù)板

陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)對(duì)陶瓷磚、瓦以及其它脆性材料作三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)時(shí)，如試驗(yàn)力大于或等于試樣的極限值時(shí)，試樣就會(huì)突然斷裂，根據(jù)試樣斷裂時(shí)的最大載荷，計(jì)算試樣的彎曲強(qiáng)度以及斷裂模數(shù)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件結(jié)構(gòu)

圖2 試驗(yàn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從圖2中可以看出，該型陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)由可編程控制器(PLC)、觸摸屏、力值顯示儀表、測(cè)力傳感器、伺服系統(tǒng)、減速機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，下面簡(jiǎn)單介紹一下它們的特點(diǎn)以及在系統(tǒng)中的作用。

2.1 測(cè)力系統(tǒng)

試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)由測(cè)力傳感器、力值顯示儀表和觸摸屏組成，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 測(cè)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

測(cè)力傳感器選用美國(guó)傳力的BSS-1T，觸摸屏選用臺(tái)達(dá)的DOP-B03S211機(jī)型，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、壓力曲線顯示、數(shù)據(jù)計(jì)算。力值顯示儀表由蘇州迅鵬儀表有限公司生產(chǎn)，其型號(hào)為：WPB5-DM1R2V0，可以實(shí)現(xiàn)峰值力顯示，力值校準(zhǔn)，RS485通訊，力值上限報(bào)警輸出等功能。

力值顯示儀表接收測(cè)力傳感器的信號(hào)并通過(guò)RS485通訊功能與PLC進(jìn)行通訊，將力值數(shù)據(jù)傳輸給PLC，觸摸屏與PLC本體上的RS232口進(jìn)行通訊連接，并經(jīng)過(guò)PLC內(nèi)部運(yùn)算，觸摸屏也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)力值的顯示，達(dá)到了雙窗口顯示力值的效果，如圖1中14、15所示。

2.2 可編程控制器(PLC)

綜合考慮該型試驗(yàn)機(jī)的輸出控制要求、工藝特點(diǎn)以及通訊要求，本系統(tǒng)中PLC選用臺(tái)達(dá)的DVP32ES200TC。其具有以下特點(diǎn)：①支持三種編程語(yǔ)言；②脈沖輸出；③RS-232、RS-485通訊接口；④運(yùn)行過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)程序?qū)懭耄虎葚S富的應(yīng)用指令使復(fù)雜控制簡(jiǎn)化。

PLC是本系統(tǒng)的控制核心，既要接受外部控制信號(hào)以及伺服系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)，還要負(fù)責(zé)與力值顯示儀表、觸摸屏進(jìn)行通訊，并通過(guò)程序運(yùn)算控制PLC的輸出信號(hào)傳送給伺服系統(tǒng)。由于選用的都是臺(tái)達(dá)品牌的PLC和觸摸屏，電腦通過(guò)與觸摸屏進(jìn)行連接，可以直接對(duì)PLC本體上運(yùn)行的程序進(jìn)行修改。

2.3 伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)，選用的是臺(tái)達(dá)的ASDF-B2系列，伺服電機(jī)可以將電壓正信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象；可控制速度、位置，精度非常準(zhǔn)確。伺服系統(tǒng)響應(yīng)速度快，抗過(guò)載能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了位置、速度和力矩的閉環(huán)控制；本系統(tǒng)PLC將控制信號(hào)輸送給伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)并通過(guò)減速機(jī)，驅(qū)動(dòng)帶有絲杠傳動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)力值加載控制。

3 程序

本系統(tǒng)根據(jù)硬件配置要求，程序分4大類(lèi)：①可編程控制器(PLC)程序；②觸摸屏程序；③伺服系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)設(shè)定；④力值顯示儀表內(nèi)部參數(shù)設(shè)定。PLC程序編制由WPLSoft編程軟件進(jìn)行編制，如圖4所示。整個(gè)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，這樣方便調(diào)用，易于修改，下面分別介紹所用程序的主要功能。

圖4 PLC程序編制界面

3.1 PLC程序

3.1.1 PLC手動(dòng)調(diào)試程序

該程序可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作觸摸屏上的動(dòng)作按鍵使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的單步動(dòng)作，在手動(dòng)狀態(tài)下需要調(diào)試的工作有：①調(diào)整地腳螺栓使整機(jī)水平；②將壓輥安裝到位；③通過(guò)上升、下降按鍵使工作壓輥上、下動(dòng)作，并檢查上、下極限位是否工作正常；④急停按鈕、安全開(kāi)關(guān)，以及各信號(hào)指示燈工作是否正常；⑤校準(zhǔn)力值；⑥調(diào)試和維修設(shè)備時(shí)，需要在手動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行。

3.1.2 自動(dòng)運(yùn)行程序

自動(dòng)運(yùn)行程序的工作流程如圖5所示，該程序能實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)機(jī)在滿(mǎn)足自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的初始化條件時(shí)，按下操作面板上的“運(yùn)行停止”鍵，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)進(jìn)行對(duì)試樣的加載，直到試樣斷裂。如中途停機(jī)，可再次按下“運(yùn)行停止”鍵，試驗(yàn)機(jī)會(huì)停止工作。

圖5 工作流程圖

3.2 觸摸屏程序

觸摸屏程序中建立了7個(gè)基本窗口，1個(gè)報(bào)警窗口。報(bào)警窗口為動(dòng)態(tài)窗口，只有當(dāng)試驗(yàn)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警窗口才會(huì)彈出至當(dāng)前，并顯示具體的故障信息。7個(gè)基本窗口的功能說(shuō)明如下：

(1)基本窗口1：觸摸屏在初始化后顯示的窗口；

(2)基本窗口2：此窗口有狀態(tài)指示以及需要進(jìn)入其他窗口相對(duì)應(yīng)的按鍵；

(3)基本窗口3：此窗口為試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的操作窗口，包括：運(yùn)行狀態(tài)指示、力值顯示、加載速度顯示、峰值清零，這些功能都集中在這個(gè)窗口上，方便用戶(hù)操作以及觀察試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)的情況。

(4)基本窗口4：此窗口為數(shù)據(jù)計(jì)算窗口，用戶(hù)根據(jù)試樣尺寸輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，可自動(dòng)計(jì)算出試樣的破壞強(qiáng)度和斷裂模數(shù)。

(5)基本窗口5：速度設(shè)置、加載時(shí)間、返回時(shí)間、力值設(shè)置等參數(shù)都經(jīng)過(guò)此窗口輸入至PLC進(jìn)行運(yùn)算處理與控制。

(6)基本窗口6：通過(guò)此窗口可對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行手動(dòng)操作，力值校準(zhǔn)操作。

(7)基本窗口7：此窗口為圧力曲線顯示，主要用來(lái)觀察施加在試樣上的力在整個(gè)加載過(guò)程中的變化趨勢(shì)。

3.3 伺服系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)設(shè)定

伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)組成，伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部參數(shù)輸入主要分為手動(dòng)輸入和ASDA-Soft操作軟件進(jìn)行設(shè)定。將電腦與伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通訊，并通過(guò)該軟件將設(shè)置好的參數(shù)下載至驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，通過(guò)這種方式可以較大程度的節(jié)省了參數(shù)輸入時(shí)間，同時(shí)也縮短了整機(jī)調(diào)試的時(shí)間。根據(jù)試驗(yàn)機(jī)動(dòng)作要求，上、下極限位，外部輸入以及報(bào)警輸出等要求，對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如圖6所示。

圖6 伺服系統(tǒng)參數(shù)編輯界面

3.4 力值顯示儀表內(nèi)部參數(shù)設(shè)定

(1)根據(jù)試驗(yàn)要求，需要對(duì)儀表內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：傳感器量程上、下限值、峰值力顯示、單位選擇、小數(shù)位選擇、通訊參數(shù)、濾波系數(shù)等需要設(shè)置。

(2)將復(fù)位方式設(shè)定為外部段子復(fù)位方式，方便操作。

(3)儀表報(bào)警輸出設(shè)定為上限報(bào)警輸出。

4 結(jié)語(yǔ)

TZS-10000型陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)經(jīng)多次調(diào)試，技術(shù)要求達(dá)到了國(guó)標(biāo)要求，現(xiàn)已進(jìn)入生產(chǎn)階段。該型試驗(yàn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便，節(jié)省操作時(shí)間。②伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使力值加載穩(wěn)定，可靠。③力值加載方式可選擇等位移、等載荷加載方式。④試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算，并留有數(shù)據(jù)輸出接口，方便用戶(hù)調(diào)用。⑤故障信息通過(guò)觸摸屏直接顯示出來(lái)，方便維修人員解決故障原因。缺點(diǎn)主要是試驗(yàn)機(jī)壓頭連接組件間的間隙較大，控制程序需進(jìn)一步完善優(yōu)化。TZS-10000型陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)成功為寧夏機(jī)械研究院陶瓷磚檢測(cè)設(shè)備的更新?lián)Q代打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；不僅豐富了陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品的種類(lèi)，而且能更好的滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，為客戶(hù)選型陶瓷磚抗折試驗(yàn)機(jī)提供了便利。