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PLC與工控機(jī)集成控制在汽車中的應(yīng)用

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產(chǎn)品簡介

汽車傳動(dòng)軸固定節(jié)是汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中一個(gè)重要的零部件，傳動(dòng)軸固定節(jié)的端面，如圖1示

詳細(xì)介紹

　　汽車傳動(dòng)軸固定節(jié)是汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中一個(gè)重要的零部件，傳動(dòng)軸固定節(jié)的端面，如圖1示。由于固定節(jié)中6粒鋼球由工人手工進(jìn)行安裝，有可能發(fā)生少裝的情況，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將出現(xiàn)質(zhì)量問題，影響產(chǎn)品的正常使用和企業(yè)的聲譽(yù)。因此根據(jù)廠方要求設(shè)計(jì)了此套系統(tǒng)，系統(tǒng)采用無損檢測，運(yùn)用圖象處理與模式識別技術(shù)，對CCD拍攝到的圖象進(jìn)行處理，作出漏裝與不漏裝判斷，并對漏裝工件進(jìn)行聲光報(bào)警。

圖1 汽車傳動(dòng)軸固定節(jié)端面

一、系統(tǒng)組成與控制過程

1. 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由機(jī)械部分、電氣部分、控制部分組成。機(jī)械部分主要是完成零件的傳送（從安裝位置到檢測位置，再送到下一個(gè)工序的加工位置）、定位（保證零件與攝像頭的同心度）以及不合格零件的剔除；電氣部分有傳感器、汽缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成；控制部分采用PLC和工控機(jī)集成控制。系統(tǒng)硬件配置主要有工控機(jī)、可編程控制器、CCD攝像頭、圖像采集卡、I/O接口板、傳感器等硬件及部分外圍電路組成，它們的結(jié)構(gòu)，如圖2示。

圖2 系統(tǒng)組成圖

2. 控制流程

系統(tǒng)由工控機(jī)作為上位機(jī)，PLC作為下位機(jī)。系統(tǒng)的自動(dòng)控制流程為：

工控機(jī)與PLC進(jìn)行通信握手，表明一切就緒；
送料位置傳感器檢測到工件，發(fā)信號給PLC；
PLC根據(jù)測量位置傳感器狀態(tài)判斷測量位置是否有工件；
如果測量位置沒有工件，則PLC發(fā)信號驅(qū)動(dòng)汽缸，放開送料擋塊；
測量位置傳感器檢測到工件已經(jīng)到達(dá)，發(fā)信號給PLC；
PLC進(jìn)行延時(shí)，目的是讓工件穩(wěn)定有利于拍攝，然后發(fā)信號給工控機(jī)并延時(shí)，目的是讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖象處理與模式識別；
工控機(jī)執(zhí)行程序由CCD攝像頭攝取圖像，由工控機(jī)實(shí)時(shí)處理圖像，作出漏裝或非漏裝判斷結(jié)果。把結(jié)果發(fā)給PLC；
PLC判斷結(jié)果信息，如果全裝且翻轉(zhuǎn)位置無工件，發(fā)信號驅(qū)動(dòng)汽缸放開定位擋塊；如果漏裝，PLC發(fā)信號驅(qū)動(dòng)報(bào)警燈和蜂鳴器，進(jìn)行聲光報(bào)警由工人手工剔除。
PLC判斷下料槽是否可以下料，若可以則翻轉(zhuǎn)工件進(jìn)入下一道工序。重復(fù)順序執(zhí)行2～8，就達(dá)到了系統(tǒng)的自動(dòng)檢測。從執(zhí)行過程中可以看到，前后兩個(gè)位置都實(shí)現(xiàn)了互鎖。系統(tǒng)控制流程，如圖3示。

圖3 系統(tǒng)流程

在這個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了工控機(jī)與PLC的集成控制。工控機(jī)主要完成對圖象的處理，PLC完成對現(xiàn)場控制信號的采集與執(zhí)行元件的驅(qū)動(dòng)，它們之間的通信采用I/O卡來實(shí)現(xiàn)。控制系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)，如圖4示。

圖4 控制系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)

二、系統(tǒng)硬件模塊

系統(tǒng)硬件模塊主要分為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，微機(jī)基本子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分配子系統(tǒng)及基本I/O系統(tǒng)。它們之間的結(jié)構(gòu)，如圖5示。

圖5 硬件結(jié)構(gòu)組成

1. 微機(jī)基本子系統(tǒng)

它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對整個(gè)系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、控制作用，例如進(jìn)行復(fù)雜的信號處理、控制決策、產(chǎn)生特殊的測試信號，控制整個(gè)檢測過程等等。同時(shí)，利用微機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和高速運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)命令識別、邏輯判斷、圖像處理、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的自校正、系統(tǒng)自適應(yīng)等功能。

2. 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

用于和傳感器、檢測元件聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集、整理并經(jīng)接口傳送到微機(jī)子系統(tǒng)處理。

3. 數(shù)據(jù)分配子系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)對被測工件、測試信號發(fā)生器以及檢測操作過程的自動(dòng)控制。

4. 基本I/O子系統(tǒng)

用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話、輸入或改變系統(tǒng)參數(shù)、改變系統(tǒng)工作狀態(tài)、輸出檢測結(jié)果、動(dòng)態(tài)顯示測控過程、發(fā)出報(bào)警信號等。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用模塊化和結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，即自頂向下、逐步求精的設(shè)計(jì)方法，并且適當(dāng)劃分模塊以提高設(shè)計(jì)與調(diào)試的效率。該系統(tǒng)不但要接受來自傳感器、待測工件的信號，還要接受和處理來自于控制面板的按鈕信號，以及由圖像采集卡傳來的數(shù)字信號，而且要求系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)處理能力。因此，系統(tǒng)軟件對實(shí)時(shí)性有一定的要求，同時(shí)還要對系統(tǒng)資源進(jìn)行管理和調(diào)度。

1. 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)監(jiān)控軟件主要由數(shù)據(jù)采集程序、檢測與控制算法程序、中斷服務(wù)程序、故障自診斷與處理程序等組成。系統(tǒng)模塊劃分如下：

(1) 初始化模塊

硬件初始化
對系統(tǒng)中各硬件資源設(shè)定明確的初始化狀態(tài)，包括對可編程器件初始化，各I/O口初始狀態(tài)設(shè)定，為系統(tǒng)硬件資源分配任務(wù)等。

軟件初始化
包括堆棧初始化、狀態(tài)變量初始化、各軟件標(biāo)志初始化、各變量存儲單元初始化、系統(tǒng)參數(shù)初始化等。

(2) 數(shù)據(jù)采集模塊

控制攝像頭攝取圖像，通過圖像采集卡完成A/D轉(zhuǎn)換，并生成待處理的數(shù)據(jù)文件。

(3) 檢測/控制模塊

對得到的圖像數(shù)據(jù)文件進(jìn)行分析、計(jì)算、比較、檢測，判別工件是否合格，并實(shí)現(xiàn)對鍵盤的管理。

(4) 中斷管理模塊

針對系統(tǒng)中的各種中斷源和所選用的微處理機(jī)的中斷結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的中斷處理程序模塊，包括中斷管理模塊和中斷服務(wù)模塊。

(5) 顯示管理模塊