工程案例研讨3_电气

工程案例研讨3发动机减震垫多工位自动真空灌液系统发动机减震垫多工位自动真空灌液系统一、多工位自动真空灌液系统工艺流程•工人在上料工位将工件放入夹具中•气缸带动定位块运动将工件固定•分度盘旋转，将工件旋转到抽真空、灌液工位•带有真空吸头的气缸下压入工件，密封后对工件抽真空，真空满足要求后保压2秒进行灌液，流量计测定合格后分度盘旋转•工件进入压钢珠工位，由TOX缸下压将钢珠打入灌液口并对余液进行回收•完成后分度盘旋转到下料工位，下料二、控制系统技术要求•机械装置的控制（转台、抽真空(1、2)、灌液、去除真空管路及残留在工件上的余液、封口压装。•液体的温度控制。•液体料罐的液位检测。•真空度的检测（需要真空度－时间曲线）•液体灌装的流量控制•压装压力检测控制•各种功能，包括操作功能、故障报警功能、报表功能、合格率等统计功能。三、控制系统结构•根据系统对控制系统的技术要求，设计制定控制系统的结构。1、机械系统的控制－PLC是不二之选2、对于要求中的真空度－时间曲线、数据统计与报表功能－采用计算机（工业控制级）是比较合适的选择。3.1PLC与PCPLC－强项是逻辑控制，主要用于工业设备控制即机电控制。PC－MPC可用于控制、科学计算、数据处理、计算机通讯等，在控制领域主要用于监控、形成数据报表和数据库。侧重于图形显示、数据采集与运算等监控作用。在此设备中，这两者可以发挥各自的作用。虽然是完美配合，但也要全面考虑各自的特长和能力，合理分配工作量。3.2多任务执行的概念•对于设备的控制，是一个多事件并发的工作，要求能对多个工作任务同步执行。•对于多个任务并行执行，采用的方法有两种：1.单CPU的多任务轮流执行，分时处理。特点是相应速度受CPU处理能力的制约。2.多CPU的并行工作。多CPU的相互协同，可以加快处理速度。3.3PLC和PC的多任务特性•对于PLC，采用扫描执行的方法，来模拟继电器逻辑的控制方法，是一种比较好的多任务分时处理的方法，缺点是速度比较慢，扫描周期一般为毫秒级（1－100ms不等），这个时间的长短取决于程序的长短和模块数量的多少。•对于PC，提高执行速度的方法是：1、硬件上尽量提高时钟频率、使用多CPU或多核芯片2、软件上使用多线程的方法，同时响应各个任务。但是要合理分配多个线程的执行时间。3、软件上采用前后台执行的机制，合理分配各任务的执行时间。PC由于操作系统、外设的执行速度的制约，对外控制中速度并不是很快。但是当专注于某项处理时，速度可以非常快。3.3PLC和PC的分工•PLC的工作：1、机电控制；控制转台、各气缸动作、各按钮操作。包括各工位之间的数据传递。2、灌液流量检测；使用PLC的高速计数端口（X0和X1)流量的检测一般采用两种：体积流量和质量流量。检测的技术方法有很多种。对于粘度比较高的流体一般采用椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计等进行容积测量。传感器输出的方法一般有脉冲输出和数字量输出。脉冲输出的方法最直接、最经济。脉冲输出的流量统计是采用脉冲计数的方法，每一个脉冲代表一个单位流量。FX2NPLC内置有高速计数的功能。最多6个I0-I5，其中I0和I1采样频率范围为：1－60KHZ，其他为1-10KHZ已经能够满足要求。3、温度控制液体加热的控制由温控仪表(OMRON的ESCZ温控器)负责，当温度到达设置的温度时，温控表将温度合适信号发给PLC.加热线路中的CR6来自于PLC的输出，由PLC控制何时允许加热，整个加热温度控制过程的PID控制由温控器独自完成。4、液体料罐的液位检测PLC检测液体料罐的液位，如果过低将提供PC提示用户添加液体。液位传感器提供两路无源的触点信号，一路是液位上限信号，另一路是液位下限信号。上限下限5、其他其他物料检测，如工件、钢珠、铆钉等等需要IO口检测的信号。6、与PC的通讯；通过RS232口实现，通讯内容包括：人机接口信息、PC的判断信息、压力采样信息等等。PC也作为整个设备的人机面板，实现人机交互（包括按钮、指示灯、报警信息、生产状态信息的显示和参数、产品选择等等信息的输入）PC的工作：1、与PLC进行通讯（RS232COM1口），担负设备的人机接口。并根据用户选择的产品型号，从数据库中查找对应的加工参数，把产品型号和参数写入PLC。2、读取真空仪表数据（RS232COM2口），在PLC第2次抽真空时，显示真空度－时间曲线以及对真空度是否合格进行判定。把判定结果写给PLC3、读取压力仪表的压力值模拟量数据（从研华的PCL-1711L板卡读取模拟量数值），并转换为压力值。在PLC压装钢珠/铆钉时，将压力值记录下来。4、将生产的参数写入数据库。四、LABVIEW人机界面的设计技术计算机的编程语言有很多，例如：VB、VC、JAVA等等。这次简要介绍一个编程比较简单的语言：G语言，即图形化语言。4.1用LABVIEW设计的人机界面图片1、LABVIEW软件的招牌界面2、干灌机的人机界面图片1－监控画面3、干灌机的人机界面图片2手动操作画面4、干灌机的人机界面图片3参数设定画面5、干灌机的人机界面图片4数据查询画面4.2关于LABVIEW1、LabVIEW是什么1LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。LabVIEW标志2、LabVIEW是什么2•与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。•虚拟仪器（virtualinstrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。上面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。3、LabVIEW的特点•尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。•可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。•用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。•虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。•图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。4.3如何使用LABVIEW请看举例4.4实际使用中的注意点1)与各外设的接口，需要支持LABVIEW2)各类函数库的查找与使用3)与WINDOWS系统及其他软件的对接4)设计出来的软件的效率和性能；这里包括各独立进程之间的资源分配，计算机内存的使用和释放等等。4.5本设备中LABVIEW软件涉及的硬件与软件接口1）与PLC通讯的232接口2）与温控仪表进行232通讯的接口3）与研华模拟量采集卡PCL1711L的接口4）与数据库进行交互的软件接口五、上、下位两级计算机控制系统设计5.1、协议这里所说的是软件上进行数据交流的协议，即如何实现两级计算机之间的协同工作。此台设备采用计算机主动读取PLC存储器内容的方法，来实现数据交流。1）PLC把需要报送计算机的数据写到规定的数据区中，供计算机读取。2）计算机也把需要报送PLC的数据写到PLC的数据区中，由PLC读取。3）交互区，互相都可读取/写入。本设备的协议D3PLC状态信息位信息bit0:自动运行中，b1：PLC与PC握手开始，b2:系统手动，b3:系统自动，b4:系统单步„.D152投产工件总数D153合格工件总数D199pc步骤显示D200pc故障显示参数：D300产品选择D3011#灌一抽截止时间D3021#灌二抽截止时间D3031#灌灌液时间D3091#灌液体灌装流量下限设定D3311#灌液体灌装流量上限设定D3112#灌一抽截止时间D3122#灌二抽截止时间D3132#灌灌液时间D3142#灌液体灌装流量下限设定D3322#灌液体灌装流量上限设定5.2PLC与PC的协同在2次抽真空上，PLC需要与PC协同工作，流程图如下：第一次抽真空第二次抽真空开始将D211置为2，D203置0绘制真空度－时间曲线是否超过截止压力判断真空度是否合格YYN置D203为1NY置D211为0置D211为0抽真空完毕D211=2?YN判断是否超时或D211是否为0YN置D203为2判断D203是否为1Y开始灌液流程N开始结束流程，放弃此工件。PLC流程PC流程5.3PCLabVIEW程序结构图5.4PLC控制系统软件的其他重要功能1.数据的传递加工是否合格的信息，需要在转台旋转的同时，向下一工位传递。后面的工位根据前一工位的信息决定是否加工。1#罐位2#罐位我们为各罐位设置了2组D存储器。下面分别介绍。第1组，有无工件字，由于只有抽真空工位设置有无工件传感器，所以从抽真空灌液工位开始。D100－1#罐位抽真空、灌液工位1:有工件，0:无工件D101－1#罐位压钢珠/铆钉工位1:有工件，0:无工件D102－1#罐位下料工位1:有工件，0:无工件D120－2#罐位抽真空、灌液工位1:有工件，0:无工件D121－2#罐位压钢珠/铆钉工位1:有工件，0:无工件D122－2#罐位下料工位1:有工件，0:无工件第2组，合格位也是从抽真空灌液工位开始。D203－1#罐位抽真空、灌液工位0:未完成，1：合格，2：不合格，3：灌液不合格D204－1#罐位压钢珠/铆钉工位1：合格，非1：不合格D205－1#罐位下料工位1：合格，非1：不合格D253－D255为2#罐位意义和1#罐位相同。数据传递方法在转盘定位完成的上升沿，使用BMOV指令完成数据传递。D102-D103,D101-D102,D100-D1012、转台旋转的安全性问题对于转台，安全性问题特别重要，转台和工装夹具发生碰撞的事情，时有听说。1）转台旋转的条件是全部夹具都在安全位置。并且气缸处于退回阀通电状态。2）自动运行的流程必须是处于结束状态。如果是不加工的工位，应该在开始步直接转向结束步。到达结束步后应该处于锁定状态。3）转台停止后，发出转台安全信号。4）转台上所有的工装夹具的下压动作都以安全信号为条件。6.总结与QA1）我们以上下两级计算机为中心，讲解了计算机和PLC各自的特点和应用范围。2）介绍了LABVIEW这一G语言的计算机编程工具。3）介绍了上下两级计算机之间的工作配合关系和方法。4）同时也介绍了汽车发动机减震器干式灌装机系统中的主要控制点和方法。5）介绍了转台的数据传递和安全方法。