具有遠程無線監(jiān)控功能的鋁隔條折彎機控制系統(tǒng)設(shè)計

張從鵬，李東旭

(北方工業(yè)大學機電工程學院，北京100144)

中空玻璃具有節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，因此生產(chǎn)中空玻璃所必需的鋁隔條折彎機具有很好的市場。現(xiàn)有的鋁隔條折彎機控制系統(tǒng)有兩種類型:一種是IPC+運動控制卡類型，由于這種類型采用工控機，還需要配觸摸屏，并且系統(tǒng)運行時功耗大，因此造價很高;另一種類型是采用PLC+觸摸屏方式，這種類型的應(yīng)用軟件不豐富，開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理程序困難。這兩種類型控制系統(tǒng)的折彎機都不能實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能，用其加工鋁框時需要員工現(xiàn)場監(jiān)控，當折彎機發(fā)生故障時必須到現(xiàn)場進行診斷。針對以上不足，文中開發(fā)了一種基于WinCE 系統(tǒng)的鋁隔條折彎機控制系統(tǒng)，降低了成本，實現(xiàn)了遠程無線監(jiān)控功能，提高了折彎機的集成化、智能化水平，對鋁隔條折彎機的開發(fā)具有重要的意義。

1 折彎機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

鋁隔條折彎機控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要由基于WinCE 系統(tǒng)的工業(yè)觸屏計算機、GSM 無線通信模塊、運動控制卡、傳感器和其他元件組成。

利用基于WinCE 的上位機向運動控制卡發(fā)出加工指令，運動控制卡接收到指令后控制電機、氣缸完成相應(yīng)動作，并接收反饋回來的信號，實現(xiàn)對鋁隔條的加工。通過無線通信模塊，利用GSM 技術(shù)以收發(fā)短信息的方式完成折彎機的遠程無線監(jiān)控。

圖1 折彎機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2 控制系統(tǒng)主要硬件選擇

為降低折彎機成本并且實現(xiàn)遠程無線監(jiān)控功能，上位機選擇的WLT_TFT800 ×600 型10 英寸工業(yè)觸摸屏計算機，該計算機使用WindowsCE6.0 操作系統(tǒng)，性能穩(wěn)定，增加了折彎機控制系統(tǒng)的可靠性。相比較IPC+觸摸屏類型的折彎機大大降低了成本，采用WinCE 系統(tǒng)也便于進行軟件開發(fā)。

無線通信模塊是實現(xiàn)遠程無線監(jiān)控功能的重要模塊，折彎機無線通信模塊采用的是GSM MODEM，通過RS232 接口與上位機相連，能夠?qū)崿F(xiàn)收發(fā)短信的功能。

折彎機的下位機采用MTEC-001 型運動控制卡，通過以太網(wǎng)與上位機連接進行通信，可以滿足折彎機控制系統(tǒng)對速度和精度要求，而且該卡比現(xiàn)有折彎機使用的運動控制卡價格低廉。

3 控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計

折彎機控制系統(tǒng)軟件在Microsoft Visual Studio 2008 集成開發(fā)環(huán)境下開發(fā)，使用C#語言進行編程，結(jié)合SQL 語句對數(shù)據(jù)進行處理。軟件主要由生產(chǎn)管理、運動控制(包括手動折彎與自動折彎)、系統(tǒng)監(jiān)控主要功能模塊組成。

圖2 折彎機控制系統(tǒng)軟件功能框圖

折彎機上位機使用WinCE 操作系統(tǒng)，根據(jù)軟件的主要功能模塊，開發(fā)基于WinCE 的折彎機控制系統(tǒng)程序。

3.1 生產(chǎn)管理類程序開發(fā)

生產(chǎn)管理界面如圖3所示，可以查詢生產(chǎn)日志，包括鋁框的生產(chǎn)日期、批號、規(guī)格等信息;可以通過工號查詢員工姓名、年齡、照片等資料，也可以添加新員工信息。圖3 為成功添加新員工信息后系統(tǒng)給出的提示。

圖3 生產(chǎn)管理界面

生產(chǎn)管理程序的編寫主要是基于WinCE 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)庫處理程序的編寫。包括生產(chǎn)信息管理在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)處理程序，例如數(shù)據(jù)的添加、查詢、修改、刪除等操作，都使用Microsoft SQL Server Compact 3.5來進行開發(fā)。通過SQL 語句來定義數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表，通過執(zhí)行SQL 命令語句實現(xiàn)對存儲信息的數(shù)據(jù)庫執(zhí)行添加、修改等操作，利用DataGrid 控件顯示數(shù)據(jù)。

3.2 運動控制類程序開發(fā)

折彎機通過一系列電機、氣缸運動實現(xiàn)鋁隔條折彎加工工藝，流程是先上料(將鋁條從料倉移到折彎操作臺)，然后確定折彎加工原點，再根據(jù)設(shè)定的鋁框參數(shù)依次執(zhí)行進給與折彎以完成對鋁框的成型加工。進給時如果檢測到用完整根鋁條，會啟動插接操作將兩根鋁條連接在一起，還要注意計算插腳避讓，也就是通過截斷部分鋁條以避免接頭處于鋁框折角處。

運動控制程序的開發(fā)主要包括手動折彎和自動折彎應(yīng)用程序的編寫。手動折彎界面如圖4所示，通過手動折彎程序可以實現(xiàn)單步加工，包括上料、插接、進給、折彎、截斷等操作，同時也可以單獨對每個電機、氣缸執(zhí)行操作，并顯示電機、氣缸的位置狀態(tài)。

圖4 手動折彎界面

通過利用運動控制卡基于WinCE 操作系統(tǒng)下的運動控制函數(shù)庫(LHJD.CNC.Base.CE.dll)，調(diào)用庫中的相關(guān)運動控制函數(shù)編寫單步加工程序，實現(xiàn)對運動進行精確、高速、協(xié)調(diào)的控制。編寫運動控制程序的具體流程如圖5所示。

自動折彎主要功能是實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)一定數(shù)量的同種規(guī)格的鋁框，提高了生產(chǎn)效率。

自動折彎運動程序的編寫調(diào)用了手動折彎的運動控制程序的方法，依次執(zhí)行單步加工運動以實現(xiàn)連續(xù)折彎工藝，控制卡實時將電機、氣缸、限位開關(guān)的狀態(tài)反饋到上位機，確保運動正確執(zhí)行。在參數(shù)設(shè)置里面、可以設(shè)定電機轉(zhuǎn)速、長度與角度的誤差補償?shù)染唧w參數(shù)來優(yōu)化折彎工藝。

圖5 運動控制程序編寫流程圖

圖6所示為加工矩形鋁框?qū)嶒灥氖疽鈭D。設(shè)定加工件數(shù)，矩形邊長A、B 等參數(shù)，由A 計算第一次進給長度，進給結(jié)束進行90°的折彎，折彎結(jié)束進行第二次進給，長度為B。如果進給過程中檢測到需要插接，則執(zhí)行上料與插接的操作。依次執(zhí)行進給與折彎直至矩形鋁框成型，成型后截斷鋁隔條并存儲加工信息，如此循環(huán)完成全部生產(chǎn)。

圖6 折彎機自動加工矩形鋁框?qū)嶒?/p>

3.3 系統(tǒng)監(jiān)控類程序開發(fā)

通過系統(tǒng)監(jiān)控界面來實現(xiàn)折彎機的遠程無線監(jiān)控功能，可以監(jiān)測傳感器狀態(tài)、查看折彎機運行中運動參數(shù)的變化，方便對系統(tǒng)進行故障診斷。

折彎機與監(jiān)控中心之間的通信不要求嚴格的實時性，采用GSM 技術(shù)以可以滿足系統(tǒng)監(jiān)控對時間的要求，同時選擇合適的通信運營商提供的短信包月業(yè)務(wù)來控制信息費成本。

監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送、讀取、刪除短信息的過程是上位機通過串口向通信模塊發(fā)送AT 指令來實現(xiàn)的。基于WinCE 系統(tǒng)編寫串口通信程序，利用Microsoft Visual Studio 2008 工具箱的SerialPort 控件編寫串口通信函數(shù)。對存儲短信息的數(shù)據(jù)庫執(zhí)行查詢、修改等操作時通過執(zhí)行SQL 命令語句實現(xiàn)。

當系統(tǒng)發(fā)生故障需要遠程診斷時，折彎機能自動發(fā)出信息并接收診斷中心的調(diào)試指令進行故障診斷，其流程如圖7所示。當監(jiān)控系統(tǒng)收到查詢運行狀態(tài)指令后，如圖8 流程所示，能夠準確將相關(guān)IO 口狀態(tài)發(fā)送回來。如果系統(tǒng)收到的為加工指令，則會控制電機、氣缸運動以實現(xiàn)自動折彎加工，短信息收發(fā)無誤，監(jiān)控指令傳達正常。窗口能正確顯示接收到的指令，可以對監(jiān)控信息進行查詢。

圖7 遠程故障診斷流程圖

圖8 執(zhí)行監(jiān)控指令流程圖

4 總結(jié)

經(jīng)過試驗，軟件在基于WinCE 的觸屏計算機上運行正常，通過人機交互界面?zhèn)鬟_加工指令，執(zhí)行元件運轉(zhuǎn)正確，鋁框成型良好，實現(xiàn)了折彎加工工藝。通過無線通信模塊實現(xiàn)了折彎機的遠程控制和狀態(tài)監(jiān)測，數(shù)據(jù)存儲準確，數(shù)據(jù)庫訪問正常。

該系統(tǒng)實現(xiàn)了折彎工藝，并可以實現(xiàn)無線監(jiān)控，提高了中空玻璃折彎機的自動化水平。系統(tǒng)運行可靠、成本低，具有良好的推廣前景。

【1】張財政.中空玻璃鋁隔條自動折彎機設(shè)計與控制［D］.北京:北方工業(yè)大學，2010.

【2】王浩.基于WINCE 模擬器的短信收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計［J］.南昌工程學院學報，2010(1):9－13.

【3】陳志云，張應(yīng)輝，李丹.基于C#的Windows CE 程序開發(fā)實例教程［M］.北京:清華大學出版社，2008.

【4】長沙市兩湖機電設(shè)備有限公司.MTEC 系列運動控制卡編程手冊［M］，2011.