淬火機床信息采集及處理系統

儲召銳,王　帥,李少華（合肥工業大學　儀器科學與光電工程學院,合肥　230009）

淬火機床信息采集及處理系統

儲召銳,王帥,李少華
（合肥工業大學儀器科學與光電工程學院,合肥230009）

摘要：本文所設計系統可針對淬火機床氣門熱處理過程進行實時能量監控，同時將高頻能量對應的模擬量信息實時傳輸給PLC參與下料分揀。工控機信息處理軟件可實時監控記錄溫度和模擬量信號以及實際的工位統計信息。除此之外，還可進行歷史記錄查詢和導出。

關鍵詞：熱處理；能量監控；信息采集及處理

1　引言

作為淬火機床的重要組成部分，機床信息系統的研制和升級一直備受企業關注。我國的淬火機床信息系統起步較晚，自動化、智能化程度較低。隨著國家經濟的轉型以及技術的不斷進步，淬火機床的機電一體化升級、智能化是必然的發展趨勢[1]。本文結合九江新華電子生產的多工位淬火機床，設計了一套實用的機床信息采集及處理系統。

2　系統方案設計

根據合作方要求，我們設計的淬火機床信息采集及處理系統需要完成以下幾項工作：實時熱處理能量監控、設備故障及時處理、歷史數據記錄查詢、數據導出等。本系統主要由兩部分組成：一部分以高頻采集板為主。氣門在出廠之前需要進行淬火和回火處理。本采集板可以實時監控氣門熱處理過程中的高頻能量變化，同時將其對應的電壓電流等模擬量信息實時傳輸給PLC控制器參與下料分揀。本系統的另一部分即上圖所示的工控機軟件。淬火機床運行中的各種數據例如淬火溫度、電壓電流等數據都需要在工控機上位機上實時顯示，并且生成曲線。所有重要的數據都會存入數據庫，當需要調出時，可以選擇時間段進行查詢和導出，導出可選擇EXCEL文檔U盤導出。

3　系統硬件電路設計

基于之前項目經驗以及企業對能量監控的要求，我們以PADS2005繪圖軟件為藍本，設計了一款采集板，采集板以ARM單片機LPC1768為核心，采集處理外圍電路的信號以及和外界通訊。按照功能需求，我們設計了相應的外圍電路，主要包括485通訊模塊、模擬量輸入模塊、多路開關量采集模塊、觸摸屏顯示模塊、以及繼電器和報警模塊等。

電源部分我們將開關電源和線性電源結合使用，給主電路和獨立電路供電。微控制器LPC1768是整個采集板的處理核心，其硬件電路主要由復位電路、系統時鐘電路和看門狗電路組成。模擬量采集電路由兩部分完成，一部分是以V2252芯片為核心的運放電路，主要放大的是采集電壓和電流信號，另一部分是快速光耦6N137，它采集的是頻率信號。本設計需求要采集多種開關量，主要有是否欠水、是否過溫、過流等。采集的開關量比較多，為了保護采集板電路和抗干擾，在開關量輸入和單片機之間我們采用光耦進行串聯。我們選用的是光耦PC817。

4　系統軟件設計

系統軟件設計主要是工控機上位機軟件的設計與編程。本軟件界面是使用C#軟件VisualStudio2010編寫設計，我們選用的工控機型號為研祥PPC-1261。由于本系統涉及到信息數據的采集、存儲和管理，數據量大，種類多，因此我們選用了專業的MySQL數據庫進行數據的存儲和管理。

上位機主要由三個界面組成：第一個界面顯示實時的熱處理數據信息；第二個界面查詢歷史記錄和顯示歷史曲線；第三個界面是一些功能設置以及EXCEL導出。界面設計完畢即進行C#編程，首先完成整個界面的初始化，之后創建目錄，以便存儲歷史數據，同時還需設置系統時間，使得工控機時間與PLC時間同步。建好目錄后就與MySQL數據庫建立連接，檢查是否已建立當天數據庫和表。若已建立，則打開串口，接收數據，同時打開定時器，執行中斷程序。否則需重新建庫建表，重復上述過程。串口通訊成功后，數據就可傳輸到工控機上位機界面。

上位機編程主要涉及三個主要程序的編寫：（1）串口通訊程序。串口通訊我們使用了C#工具欄的控件—SerialPort。我們選擇事件serialPort_DataReceived加以調用，串口數據接收、處理等可以直接在該函數里進行編寫。為了保證接收數據的準確性和完整性，我們采用了多種措施排除干擾，最后還對數據進行了校驗[3]；（2）歷史數據查詢。歷史記錄查詢是工控機軟件的一大重要功能。軟件設計時，我們對查詢建立了索引，查詢結果可以看到工件的熱處理數據和時間、工位等具體信息。當工件分揀出現異常時，技術人員可以通過查詢歷史記錄，通過比對數據分析，找出原因所在，及時排除故障；（3）數據導出。當需要導出數據至EXCEL進行查詢和分析時，首先需要選擇導出條件，主要是日期。然后選擇導出，若數據庫有需要導出的內容，軟件會執行將數據導入EXCEL，導出到D盤相應目錄，同時軟件界面會提示導入成功。插入U盤，界面會顯示相應盤符，然后點擊相應文件和按鈕，文件即被導出至U盤。

5　數據分析

下圖所示為導出至EXCEL的一段歷史數據記錄，記錄共有十個屬性，分別是時間、工位、溫度信息、模擬量信息(電壓電流頻率)以及工件分揀信息(良品、廢品和返修)。

從上圖可發現有5條記錄的分揀信息記錄是返修，從后面的5個屬性進行分析，發現這5條的記錄的其他屬性在正常范圍內，但是回火溫度屬性數據都超出了200攝氏度，而我們設定的回火溫度范圍最大值不能超過200攝氏度，因此這五個工件被判定為返修，其他都是良品，分揀正確。

6　總結

本文所設計的淬火機床信息采集及處理系統，實現了對淬火設備進行能量監控。同時還可進行歷史記錄查詢和導出。另外我們還設計了遠程客戶端，實現了遠程訪問和監控。本系統已順利通過了客戶驗收，現已投入市場。

參考文獻：

[1]張軍占,劉卜.淺談機電一體化技術的應用及發展趨勢[J].城市建設理論研究(電子版),2013,10(23):15-17.

[2]康華光.電子技術基礎(模擬部分)[M].北京：高等教育出版社,2006.

[3]張向榮.車載數據采集與通信裝置的設計與實現[D].湖南大學,2009.