基于數控機床群的冷卻液液位控制系統設計探討

趙家龍+張宇航+吳翼翔+何鑫+李辰

摘要：本文主要探索基于數控機床群下冷卻液液位控制系統的設計方法，設計先從自控系統設計著手，然后分析系統的硬件和軟件設計方法，涉及管理硬件設計、電控硬件設計、液位開關設計、軟件流程圖設計、前面板設計和數據采集卡等，希望能夠減少冷卻液加添過量，能夠對車間管理提供參考。

關鍵詞：數控；冷卻液；機床群；液位控制；設計

1.前言

數控機床之中冷卻液是必需消耗品，但是目前冷卻液使用的過程之中出現了很多難以解決的問題，例如人工將冷卻液加注在機床冷卻箱時十分容易出現過量，一過量液體則會溢出，加上冷卻液本身具有毒性且十分容易揮發，十分容易出現室內環境污染問題[1]。為了解決使用過程之中出現的相關問題，本文加強了冷卻液液位控制系統的研究，希望本文研究能為改善室內環境，提供車間的工作效率。

2.液位自控系統的原理或者特點

傳統的液體控制系統一般應用PLC和組態軟件，有一些系統也會應用單片機進行系統的控制，即為實時監測系統。本系統主要以數控機床群的水箱液位控制作為本次研究主體，以NILadVIEW虛擬儀器作為控制技術，應用NILadVIEW作為軟件設計上位機監控界面，將其和VISUAL C++開發軟件進行比較，NILadVIEW軟件監控界面更加方便和美觀，有效的縮短了軟件的開發周期。虛擬儀器技術在近年得到迅速開發，屬于新型有發展潛力的儀器種類，能夠通過應用程序將計算機和功能模塊硬件相結合的全新測控儀器系統。液位控制主要是通過傳感器津貼于非金屬容器外壁，會偵測到容器液位高低變化，從而準確的發出報警信號，避免液體外溢或者是機器干燒。其主要包括有非接觸式感應，適合安裝在容器的外側，它與傳統的液位傳感器不同，無需與液體接觸。電子元件沒有無機械行的觸點，主要是將其安裝在容器外側，其穩定度和靈感度較高。

3.液位系統的合理搭配

3.1管理硬件設計

數控機床群之中冷卻特液位自控系統中的管路硬件結構，全部機床水箱為冷卻液水箱集中供液，每臺機床由獨立的電磁閥進行控制，能夠通斷供液。因為集中供冷卻液的水箱安裝位置高，因此頁面遠高過機床水箱液面，不需要增壓裝置，能夠通過液面落差形成水壓，有效的實現液體自動集中供水[2]。

3.2電控硬件設計

機床水箱液面狀態通過液位開關傳入數據采集卡，A/D轉換在數據采集卡之中完成，并將相關的數據傳入計算機之中進行分析，控制信息則由現場的計算機將數據發送至采集卡，通過D/A進行轉換以及數據調理之后對電磁閥進行控制，將冷卻液自動加入水箱之中。

3.3液位開關設計

液位開關主要是由浮子、磁黃開關兩部分組成，浮子之中有磁性材料，浮子會因被測液體而出現上下移動，觸動磁簧開關檢出液體位置，且并無復雜的電路，不會受到其他的因素干擾。選擇正確的材料，這樣能夠保障在何種環境液體、溫度或壓力之下均可使用。如果液體開關觸發位置位于機床水箱中的最高點，液位開則系統就會收到相關的信號驅動電磁閥集中向冷卻水箱之中加入液體，并能夠對應水箱流入，此時水箱位置則會升高，指導液位開關輸出信號將其關閉，這樣能夠保障電磁閥自動閉合，對機床水箱停止供水。

4.軟件設計

4.1流程圖

流程圖之中含有VI運行的圖形化源代碼，在流程圖之中能夠顯示前面板對象中帶有的連線終端圖標，能夠對前面板輸出和輸入功能進行操縱、控制。冷卻液的控制系統主要是與外部顯示頁面表盤進行連接，如冷卻液低于上位，則可由工人轉為手工加添冷卻液。將PLC應用其中能夠有效的實現液位自動添加，有效的實現自動控制。但是當上液位通過冷卻液泵自行加添冷卻液時，在到達上位的時候則會停止。

4.2前面板設計

前面板是交互式的用戶界面，和傳統儀面板的功能和外觀較為相似，有開關、圖形、旋鈕、控制以及對象顯示功能，用戶在使用的過程之中，將數據輸入前面板并將傳遞至框圖，而數字、表格以及圖形是通過計算和分析所顯示。軟件主要是通過模塊化展開設計，主要包括有數據采集、工藝流程、參數設置以及數據保存四個模塊組成，能夠顯示豎向液位的變化，根據實時狀況而變化，并且能夠修改系統運行參數，并且能夠設計對運行參數進行設置。顯示液位開關狀態，能夠對歷史數據和保存的數據展開分析。

4.3數據采集卡

本次數據采集卡主要選用中泰生產型號為PCI-8335B的數據采集卡，該卡本身具有很高的性價比。單端32路A/D，有十二位的分辨率，100KHz的最高采樣頻率，四路十二位D/A，十二路TTL電平輸入，電平輸出為十四路TTL。因為該數據采集卡不是由NI公司生產，因此LABVIEW并不支持數據采集卡，無法直接采用DATA ACQUISITION提供相關的函數，能夠經LABVIEW公司生產的CLF節點條用提供的動態鏈接庫，實現模擬量輸入。輸入功能程序，函數功能為打開PCI-8335B數據采集卡，函數ZT8335AIINIT則能夠初始化該卡的模擬量采集功能，函數ZT8355AI功能經某一通道對模擬量進行采集，這樣有效的實現了結構體傳遞，因此在LABVIEW之中需經用簇完成參數之間的傳遞。

5.期待與展望

本文基于數控機床群下對冷卻液液位控制系統的設計進行探究，從自控系統設計切入，分析系統的硬件和軟件設計方法，了解管理硬件設計、電控硬件設計、液位開關設計、軟件流程圖設計、前面板設計和數據采集卡，本文所用的系統投入的成本相對較少，就能夠有效的實現車間生產的最大化。除此之外，能夠對車間的數控機床群冷卻液進行網絡智能監控，有效的實現車間機床群運行的安全和可靠，并能夠通過科學管理以提升機床利用率，有效的將車間的利益發揮至最大化，能夠產生明顯的經濟效益。現今，該控制系統已經完全調試，并已經其投入運行，系統在運行的過程之中情況較佳，但是后續仍需要進一步進行改良。

參考文獻：

[1]周永剛，李治財，周真，樊少鵬.機床磨削過程中熱及冷卻的研究[J].機械工程師，2016，（01）：235-236.

[2]何彥，林申龍，王禹林，李育鋒，王立祥.數控機床多能量源的動態能耗建模與仿真方法[J/OL].機械工程學報，2015，51（11）：123-132.endprint