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組件測量儀分布式控制系統設計研究

2018-07-13 09:42:13 來源網站: 百味書屋

組件測量儀分布式控制系統設計研究 本文關鍵詞:測量儀,分布式,控制系統,組件,研究

組件測量儀分布式控制系統設計研究 本文簡介:[摘要]介紹分布式控制系統在測量設備上的具體應用。該系統以工控機為上位機,運動控制器、PLC為下位機,采用分級分層、合作自治的方式,很好的滿足了測量設備需求,并具有很高的安全性及可靠性。[關鍵詞]分布式控制系統;運動控制器;測量設備1測量系統概述組件測量儀不但要測量特定組件的外形尺寸,還要對組件的偏

組件測量儀分布式控制系統設計研究 本文內容:

[摘要]介紹分布式控制系統在測量設備上的具體應用。該系統以工控機為上位機,運動控制器、PLC為下位機,采用分級分層、合作自治的方式,很好的滿足了測量設備需求,并具有很高的安全性及可靠性。

[關鍵詞]分布式控制系統;運動控制器;測量設備

1測量系統概述

組件測量儀不但要測量特定組件的外形尺寸,還要對組件的偏心度、傾斜度、直線度、扭曲以及平行度等形位公差進行準確測量。組件外形為細長方體型,組件測量要求在直立狀態下進行。測量設備設計有上滑頭和下滑架,分別安裝在裝有直線導軌的立柱上,由齒輪、齒條驅動。上滑頭安裝有4個測微傳感器用于測量組件高度及平行度;下滑架安裝有12個測微傳感器用于測量組件四個邊的形位尺寸。上滑頭、下滑架通過讀取安裝在立柱上的光柵尺獲得位置信息。組件測量儀示意圖如圖1所示?紤]到該測量設備的傳感器眾多,傳感器之間分布零散,且測量過程復雜,綜合其整體結構,其電控系統設計選用了分布式控制系統。分布式控制系統又稱作集散控制系統,簡稱DSC。分布式控制系統按功能分散、管理集中的原則設計,采用分層分級、合作自治的結構形式,將通訊、計算、控制、屏幕顯示結合為一體,能方便的改變控制模式,實現各種復雜控制,同時,由故障引起的系統危險被分散,提高了控制系統的可靠性,能夠很好復雜設備對控制系統提出的要求。

2硬件控制系統

2.1分布式控制系統結構

組件測量儀分布式控制系統由工業控制計算機、運動控制器、PLC可編程控制器、溫度傳感器等組成,其結構示意圖如圖2所示。2.1.1運動控制器運動控制器實現對上滑頭、下滑架運動位置的精確控制、測量以及測微傳感器測量數據的采集?紤]到一定的冗余與備用,選用3個8通道Galil運動控制器進行數據采集及運動控制。兩個運動控制器(稱為DMC2、DMC3)用于采集16個測微傳感器的位置信息及其故障信號,當接收到上位機的詢問命令時,這兩個運動控制器會將采集到的位置信息及故障信號以特定格式發送給上位機,供上位機顯示及記錄。在上位機發送回零操作時,初始化16個測微傳感器探針位置。另外一個控制器(稱為DMC1)用于采集上滑頭和下滑架位移信息及故障信號,獲取限位、霍爾開關、零位等IO信號,控制上滑頭和下滑架運動等。運動執行機構選用ABB公司伺服控制器。DMC1通過特定端口信號完成對上滑頭和下滑架全閉環控制,使其按控制要求形成穩定的速率,以達到運動位置準確定位的目的。2.1.2PLC可編程控制器PLC可編程控制器選用的是ORMONCJ系列產品。主要用于控制保護架的打開、閉合以及下滑架12個測微傳感器的測量、返回運動等。下滑架12個測微傳感器分為四組,成正方形排列,用于檢測組件的四個邊。每組傳感器配備有一個氣缸,氣缸帶動測微傳感器向內運動,使得測微傳感器的探針接觸到測量組件,探針回縮帶動內部光柵產生位移信號,從而得到測量值。PLC通過IO信號與DMC1實現運動互鎖,保證系統安全。當PLC檢測到DMC1運動停止信號時,才會控制電磁閥通斷,從而控制氣缸充放氣,實現保護架打開、關閉以及四組探針的測量及收回運動;而DMC1只有檢測到PLC將探針收回且保護架在正確位置時,才會控制電機運動。2.1.3執行機構及傳感器分布式控制系統的最后一級由各個執行機構和傳感器組成,是分布式控制系統的“手”和“眼睛”。作為“手”的執行機構受控于上一級的控制單元,執行特定動作,如:電機帶動上滑頭或下滑架運動,保護架氣缸帶動保護架閉合、打開,測量氣缸分別帶動測微傳感器伸出測量或返回。而作為“眼睛”的傳感器則用于信號的采集,如位置信號、溫度信號、壓力信號以及限位開關防碰撞開關等IO信號,這些不同類型的傳感器將采集到的信號反饋給上一級控制單元。本系統中選用的精度達到1μm測微傳感器,很好的保證了測量精度與重復測量精度;選用的氣缸為雙端具有可調緩沖的氣缸,可防止由于氣缸運動過快所造成的探針對被測件的撞擊,保證探針運動平穩;溫度傳感器為DS18B20一線總線式數字溫度傳感器,具有體積小、精度高、適用電壓寬、可組網等優點,能夠很好地保證系統對溫度測量的實際要求。

3軟件控制系統

3.1上位機軟件設計

上位機軟件開發環境為MicrosoftVisualC++,采用結構化程序設計,易于擴展,便于升級更新。上位機軟件作為人機交互界面,不僅能夠實時顯示上滑頭、下滑架以及16個測微傳感器的位置信號,還要實時查看各個測量部件的狀態及其故障。故此,上位機軟件通過TCP/IP協議與控制單元進行數據交換,發送控制命令,采集數據信息;同時通過RS232分別與PLC可編程控制器、溫度傳感器模塊進行實時通訊,實現傳感器運動機構等輔助設備的控制以及溫度和氣體壓力等傳感器信息的讀取。操作者通過該軟件可以設定測量位置、公差范圍,控制測量部件運動,記錄查看測量數據,生成、打印測量報告等。上位機軟件設計有1個主界面和6個輔助功能界面。主界面分為實時數據顯示區,測量數據記錄區,功能操作區,運動控制區和測量程序顯示區。主界面將操作功能集成化,用戶只需點擊相應按鈕,便可控制機床完成相應動作,簡單快捷;同時系統的主要測量信息均顯示在主界面上,便于操作人員觀察。六個輔助界面分別為:用戶登錄界面,程序創建界面,機床狀態及故障界面,調試及精度補償界面,報告預覽打印界面,幫助界面。用戶登錄界面用于保障軟件使用的安全。由于設備的特殊性,應由相關專業人員進行操作,所以未經授權的用戶不可使用該軟件控制機床運動。程序創建界面用于創建不同測量程序,匹配不同產品的要求,保證設備測量具有一定的通用性。機床狀態及故障界面方便操作人員及時了解設備運行狀況。該界面在系統發生故障時能夠自動彈出,便于操作人員故障定位及排查。調試及精度補償界面用于維修人員對機床精度進行檢測和調整。報告預覽用于預覽報告、查看測量結果及打印報告。幫助界面為操作人員提供了詳細的操作指導。為了提供系統的響應能力,軟件系統創建了3個獨立的工作線程,用于實現工控機對運動控制器、PLC可編程控制器和溫度傳感器的監控。其中運動控制器線程完成與其相關聯傳感器信息的讀取,同時根據主界面要求向控制器發送運動執行命令;PLC可編程控制器線程完成保護架及測微傳感器的運動控制等;溫度傳感器線程則用于讀取各點溫度信息。

3.2下位機程序編寫

DMC運動控制器程序固化在控制器存儲器中,使用專用控制指令DMCCode編寫。該程序通過設定接口接收上位機指令,完成指令動作;同時將采集到的傳感器位置信息及電機狀態信息等發送給上位機?刂屏鞒虉D如下圖3所示。PLC可編程控制器程序采用X-One程序編制,主要功能為控制保護架及測微傳感器的運動及反饋信號的檢測,與DMC1運動控制器實現運動互鎖以及外圍保障設備的監測與控制。

4結束語

組件測量儀設備采用分布式控制系統設計,將不同類型的控制器集成在一起,使其充分發揮各自的功能,節約了成本,提高了系統的可靠性,縮短了系統研發周期,且安裝方便,便于設備維護。分布式控制系統各回路之間以及上下級之間通過數據通道交互信息,具有數據獲取、人機交互以及監控管理等功能,且具備有高可靠性,不會因為個別故障導致整個系統失去控制。上位機軟件作為控制核心,實時跟蹤所有傳感器及執行機構狀態信息,通過不同的通訊協議控制下層控制單元協調動作,實際使用證明,該分布式系統運行穩定可靠,方便靈活,能夠適應多種類型產品的測量要求,很好地滿足了用戶需要。

參考文獻

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作者:張蘋 裴曉宇 王俊英 盧元周 單位:航空工業北京航空精密機械研究所


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