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)。汽車傳動軸固定節(jié)是汽車驅(qū)動系統(tǒng)中一個重要的零部件，傳動軸固定節(jié)的端面，如圖1示。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)的自動控制流程為：
1，工控機(jī)與PLC進(jìn)行通信握手，表明一切就緒；
2，送料位置傳感器檢測到工件，發(fā)信號給PLC；
3，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；
4，如果測量位置沒有工件，則PLC發(fā)信號驅(qū)動汽缸，放開送料擋塊；
5，測量位置傳感器檢測到工件已經(jīng)到達(dá)，發(fā)信號給PLC；
6，PLC進(jìn)行延時，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，目的是讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖象處理與模式識別；
7，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；
8，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)動汽缸放開定位擋塊；如果漏裝，PLC發(fā)信號驅(qū)動報(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)的自動檢測。從執(zhí)行過程中可以看到，前后兩個位置都實(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，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)
它是整個系統(tǒng)的核心，對整個系統(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，控制整個檢測過程等等。同時，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)時處理能力。因此，系統(tǒng)軟件對實(shí)時性有一定的要求，同時還要對系統(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
用于實(shí)時更新顯示圖像和數(shù)據(jù)，并對報(bào)警指示燈進(jìn)行管理。
(6) 時鐘管理模塊
包括數(shù)據(jù)采樣周期定時、控制周期定時、動態(tài)刷新周期定時、及故障監(jiān)視電路的定時信號等。
(7) 故障自診斷與處理模塊
它是提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性的重要手段，主要采取開機(jī)自檢的形式，每當(dāng)電源接通或復(fù)位后，系統(tǒng)自動執(zhí)行一次自檢程序，對硬件電路進(jìn)行一次檢測。上位機(jī)監(jiān)控軟件主要程序流程，如圖6所示。
圖6 上位機(jī)監(jiān)控程序框圖
2. PLC軟件設(shè)計(jì)
PLC的程序采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程序、手動控制程序、故障處理程序等模塊構(gòu)成。根據(jù)系統(tǒng)要求，PLC的I/O分配，如表1示。
(1) 輸入輸出信號
表1 PLC輸入輸出信號
(2) 梯形圖編制
根據(jù)控制過程及輸入輸出信號編制出梯形圖。PLC采用循環(huán)掃描方式，按梯形圖從上而下，從左而右的先后順序予以執(zhí)行。同時，前后兩個工件位置都進(jìn)行互鎖。部分梯形圖，如圖7示。
圖7 定位工位梯形圖
R001是內(nèi)部繼電器，表示選擇“自動”，當(dāng)PLC得到信號X010時，即傳感器檢測到定位工位有工件時，延時并輸出允許攝像信號Y000，然后再延時2s（等待計(jì)算機(jī)作出判斷）并且當(dāng)翻轉(zhuǎn)汽缸不在原位和翻轉(zhuǎn)工位無工件時，輸出工件可以離開定位工位信號。如果PLC接到計(jì)算機(jī)發(fā)出的“工件不合格”信號，即X014后，報(bào)警，直到按復(fù)位鍵停止報(bào)警。
四、計(jì)算機(jī)與PLC的通信
在計(jì)算機(jī)與PLC的集成控制系統(tǒng)中，一個關(guān)鍵的技術(shù)問題是計(jì)算機(jī)與PLC的通信問題。在本課題中，對于計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信，我們考慮了兩種實(shí)現(xiàn)方法：一種是利用串口通信，另外可通過I/O卡來實(shí)現(xiàn)。由于串口通信在實(shí)時性、可靠性、抗干擾性等方面都沒有I/O卡好，又根據(jù)廠里具體情況，最后還是選用了后一種方法。I/O卡即開關(guān)量輸入輸出卡，在此項(xiàng)目中，我們選擇了PCL—724，24位數(shù)字I/O卡，傳輸速率為300KB/s。該I/O卡具有2個八位端口（A，B），端口地址范圍為200H～3FFH，兩端口都可以進(jìn)行輸入輸出操作，在進(jìn)行輸入輸出操作時，無需進(jìn)行握手，因?yàn)閿?shù)據(jù)可以直接寫或讀到設(shè)定的端口。由PLC輸入輸出信號表可以看到，PLC需要接收計(jì)算機(jī)3個信號，計(jì)算機(jī)需要接收PLC一個信號。它們的通信協(xié)議定義與地址設(shè)定，如表2示。
表2 計(jì)算機(jī)與PLC的通訊協(xié)議定義與地址表
五、結(jié)束語
本系統(tǒng)是PLC與工控機(jī)集成控制的很好應(yīng)用，投入運(yùn)行后，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。該系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場控制方面，尤其在PLC控制方面，以其卓越的控制功能和良好的性能價(jià)格比，贏得了用戶的廣泛贊譽(yù)。
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