新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設計應用 > 基于PC+PLC等離子熔射自動控制系統(tǒng)

基于PC+PLC等離子熔射自動控制系統(tǒng)

作者: 時間:2016-09-16 來源:網絡 收藏

  1 引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201609/297028.htm

  等離子熔射由于其溫度高且能量集中,能夠熔射金屬、陶瓷或復合材料的特點在表面改性、功能薄膜制備和材料加工工程中被廣泛應用。為了保證熔射皮膜成形性與成形質量,必須在數字圖像處理、過程控制、人工智能等方法基礎上進行系統(tǒng)集成控制與工藝優(yōu)化。當前國際上幾大熱噴涂設備和材料生產廠家,如英國Metallisation公司、瑞士Sulzer-Metco公司和美國Praxair公司等,已推出基于PC++現場檢測+過程控制的等離子熔射系統(tǒng)。但是由于國際上相關熔射設備價格昂貴,不能引進到國內每一個加工車間或者科研院所,因此需要自主開發(fā)適用于特定工藝的熔射過程檢測與控制系統(tǒng)。目前國內已有基于單片機、微機、等進行熔射控制系統(tǒng)開發(fā)的相關研究和報道,然而如何集成PC機優(yōu)勢以及基于PC+等離子熔射控制系統(tǒng)設計仍需更加深入的研究。

  本文基于PC+PLC開發(fā)等離子熔射控制系統(tǒng),采用開放式OPC協(xié)議實現二者之間通訊,并在PC中執(zhí)行機器人路徑規(guī)劃、在線監(jiān)控與熔射過程數據管理等。結合PLC現場控制穩(wěn)定性和計算機過程運算與數據存儲能力,來保證熔射過程穩(wěn)定性與過程控制實時性,進而保證等離子熔射在表面改性、快速模具制造等方面高質量應用。

  2 等離子熔射自動控制系統(tǒng)結構

  2.1 系統(tǒng)組成和工作原理

  基于PC+PLC等離子熔射控制系統(tǒng)組成原理如圖1所示。PC主要完成對實體進行三維造型、切片、最后生成機器人能夠識別的機器人路徑代碼,并根據現場反饋信息進行路徑調整,同時也對整個熔射過程進行監(jiān)控,采樣主要工藝參數并保存到加工過程文檔中。PLC實現對數控旋轉工作臺和整個等離子弧發(fā)生子系統(tǒng)實時控制,對現場采樣數據進行初步處理后傳送到上位機PC中。

  

 

  圖 1 基于PC+PLC等離子熔射控制系統(tǒng)組成原理圖

  2.2 PC與PLC功能分配

  在等離子熔射過程中,環(huán)境惡劣,噪音等污染嚴重,干擾強,系統(tǒng)工作周期長。因此現場設備控制核心采用西門子型PLC,充分利用該型PLC可靠性和良好的抗干擾能力來保證系統(tǒng)可靠性。并配備了A/D、D/A模塊和CP5611通訊卡,可以實現模擬量采樣與輸出和與上位機之間通訊。同時PLC系統(tǒng)還配備了西門子專用穩(wěn)壓電源,保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性,避免與整個系統(tǒng)共用電源產生干擾。

  由于PLC無法進行監(jiān)控圖表顯示、圖像處理和復雜算法設計,操作人員也不能直觀了解現場狀況。為了彌補以上不足,系統(tǒng)增加PC進行現場監(jiān)控與數據運算,其主要任務是獲取機器人狀態(tài)信息和皮膜溫度采樣信息,根據設定工藝優(yōu)化算法執(zhí)行結果進行實時熔射路徑調節(jié);對等離子射流檢測圖像進行處理,反饋調節(jié)信息至PLC實現對等離子射流發(fā)生裝置調控;同時能對系統(tǒng)故障做出及時報警,并能采取相應應急處理措施和加工現場斷點保護等。

  3 控制系統(tǒng)軟件設計

  3.1 控制軟件設計

  控制軟件系統(tǒng)主要功能包括:參數設定、過程監(jiān)控、工藝優(yōu)化、故障信息處理與報表系統(tǒng)等。這些部分相互結合,實現對整個等離子熔射過程狀態(tài)和實時現場數據監(jiān)控、系統(tǒng)故障報警和相應處理、熔射主要工藝參數記錄和報表打印輸出功能等。

  3.2 OPC客戶端程序設計

  OPC規(guī)范定義了一個工業(yè)標準接口,這個標準使得COM技術適用于過程控制和制造自動化等應用領域。OPC是以OLE/COM機制作為應用程序的通訊標準。OLE/COM是一種客戶/服務器模式,具有語言無關性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點。OPC規(guī)范了接口函數,不管現場設備以何種形式存在,客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問,從而保證軟件對客戶的透明性,使得用戶完全從低層開發(fā)中脫離出來。

  OPC客戶端軟件設計流程如圖2所示,其客戶端程序開發(fā)目的是基于OPC協(xié)議實現計算機與PLC之間通訊,通過PC機直接讀寫PLC中變量,提高數據訪問速度,保證熔射工藝優(yōu)化算法的運算結果及時傳送到PLC現場控制設備中,實現整個系統(tǒng)實時控制,從而能夠充分地利用計算機數據處理能力和豐富的軟件資源。

  

 

  圖2 OPC客戶端程序設計流程圖

  3.3 PLC運行程序設計

  等離子熔射系統(tǒng)由西門子型PLC作為現場設備控制核心,實現對現場設備控制,整個工藝過程動作控制和現場數據采樣。PLC內部程序分為手動控制和自動運行兩個部分,可分別響應控制面板上按鈕動作和上位機發(fā)來的控制指令。

  PLC程序采用Step7進行設計,主要過程包括:首先在Step7中建立一個新工程SprayControl,然后插入SIMATIC 300 Station,根據PLC硬件配置及模板物理安裝位置進行硬件組態(tài)。其次插入Simatic PC Station,在其中插入OPC Server和CP5611。在OPC Server的Connections中基于MPI網絡建立PC Station與Simatic 300 Station之間網絡連接。MPI網絡建立成功后,可以在OPC Server中Symbols列表中看到PLC中CPU單元內設計的所有的數字量、模擬量和數據塊等各種變量?;贛PI方式進行組網后的網絡連接圖如圖3所示。最后基于SimaticNet軟件建立名稱Spray的OPC服務器,這樣就可以通過OPC客戶端程序訪問PLC中變量。

  

 

  圖3 基于MPI方式組網的網絡連接圖

  PLC中運行程序集中在S7 Program中Blocks里,主要模塊包括系統(tǒng)主控模塊OB1,負責調用其他功能塊等。然后分別設計針對送粉器控制、工作轉臺控制、機器人故障處理、系統(tǒng)故障處理等功能塊,供主控塊調用。為了確保PLC程序安全執(zhí)行,必須增加對象塊OB80、OB82、OB85分別實現對模板診斷錯誤和超時錯誤處理,OB121和OB122響應同步錯誤。設計過程中可以按照變量分類或者針對某一功能塊設計專用數據塊,將控制系統(tǒng)中的變量統(tǒng)一分組管理。

  4 結束語

  本文開發(fā)了一套基于PC+PLC等離子熔射自動控制系統(tǒng)。經過實驗驗證,系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力,能夠適應等離子熔射工藝需求,為該工藝由技術轉化為生產力奠定了一定基礎。同時PC作為上位機提供了良好的人機界面與有效的系統(tǒng)監(jiān)控和管理,PLC作為下位機執(zhí)行可靠現場控制,保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。該控制系統(tǒng)可以方便地與機器人、其他執(zhí)行機構或者生產線等配套組成等離子熔射系統(tǒng)。

  本文作者創(chuàng)新點:本文結合PC+PLC進行等離子熔射控制系統(tǒng)設計,集成了PLC在惡劣的熔射環(huán)境下性能穩(wěn)定的特點和PC能夠進行圖像處理與復雜算法運算的優(yōu)勢,基于OPC協(xié)議實現PC與PLC之間的通訊,保證了過程控制中多變量信息采集、傳輸和處理的實時性。該自動控制系統(tǒng)為提高等離子熔射皮膜成形性和成形質量奠定了基礎。



關鍵詞: PLC S7-300

評論


相關推薦

技術專區(qū)

關閉
×

报名截止时间 12月22日
Let's do--DIY 液体流量检测仪让喝水更有乐趣,快来报名吧!