由于固定節(jié)中6粒鋼球由工人手工進(jìn)行安裝闯揪，有可能發(fā)生少裝的情況蓄拣，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)辽故，將出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題银还，影響產(chǎn)品的正常使用和企業(yè)的聲譽(yù)风宁。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)的端面蛹疯，如圖1示戒财。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(wú)損檢測(cè)捺弦，運(yùn)用圖象處理與模式識(shí)別技術(shù)饮寞，對(duì)CCD拍攝到的圖象進(jìn)行處理，作出漏裝與不漏裝判斷脂槽，并對(duì)漏裝工件進(jìn)行聲光報(bào)警拜岂。

 

圖1 汽車傳動(dòng)軸固定節(jié)端面

 

一、系統(tǒng)組成與控制過(guò)程

 

1. 系統(tǒng)組成

 

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

 

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)氓扛，PLC作為下位機(jī)。系統(tǒng)的自動(dòng)控制流程為：

 

1论笔，工控機(jī)與PLC進(jìn)行通信握手采郎，表明一切就緒；

2狂魔，送料位置傳感器檢測(cè)到工件蒜埋，發(fā)信號(hào)給PLC；

3最楷，PLC根據(jù)測(cè)量位置傳感器狀態(tài)判斷測(cè)量位置是否有工件整份；

4，如果測(cè)量位置沒(méi)有工件籽孙，則PLC發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)汽缸烈评，放開(kāi)送料擋塊；

5蚯撩，測(cè)量位置傳感器檢測(cè)到工件已經(jīng)到達(dá)密巷，發(fā)信號(hào)給PLC；

6饲悟，PLC進(jìn)行延時(shí)循贝，目的是讓工件穩(wěn)定有利于拍攝，然后發(fā)信號(hào)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(shí)別；

7辈灼，工控機(jī)執(zhí)行程序由CCD攝像頭攝取圖像品腹，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)果控淡。把結(jié)果發(fā)給PLC履岂；

8岛宵，PLC判斷結(jié)果信息递促，如果全裝且翻轉(zhuǎn)位置無(wú)工件咪轩，發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)汽缸放開(kāi)定位擋塊；如果漏裝送魁，PLC發(fā)信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警燈和蜂鳴器涉粘，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笨奠，若可以則翻轉(zhuǎn)工件進(jìn)入下一道工序袭蝗。重復(fù)順序執(zhí)行2～8，就達(dá)到了系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)般婆。從執(zhí)行過(guò)程中可以看到到腥，前后兩個(gè)位置都實(shí)現(xiàn)了互鎖。系統(tǒng)控制流程蔚袍，如圖3示乡范。

 

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的集成控制啤咽。工控機(jī)主要完成對(duì)圖象的處理篓足，PLC完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)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(lái)實(shí)現(xiàn)闰蚕。控制系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)连舍，如圖4示没陡。

 

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)审亿，微機(jī)基本子系統(tǒng)焊循，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)最咖，如圖5示沈跷。

 

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(duì)整個(gè)系統(tǒng)起監(jiān)督碑甘、管理亮铛、控制作用，例如進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理销顷、控制決策受卒、產(chǎn)生特殊的測(cè)試信號(hào)光拥，控制整個(gè)檢測(cè)過(guò)程等等。同時(shí)筋蝴，利用微機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力和高速運(yùn)算能力厨摔，實(shí)現(xiàn)命令識(shí)別、邏輯判斷岛涝、圖像處理脓杉、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的自校正、系統(tǒng)自適應(yīng)等功能简逮。

 

2. 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

 

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

 

3. 數(shù)據(jù)分配子系統(tǒng)

 

實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)工件、測(cè)試信號(hào)發(fā)生器以及檢測(cè)操作過(guò)程的自動(dòng)控制督赤。

 

4. 基本I/O子系統(tǒng)

 

用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話嘁灯、輸入或改變系統(tǒng)參數(shù)、改變系統(tǒng)工作狀態(tài)躲舌、輸出檢測(cè)結(jié)果丑婿、動(dòng)態(tài)顯示測(cè)控過(guò)程、發(fā)出報(bào)警信號(hào)等没卸。

 

三羹奉、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，即自頂向下约计、逐步求精的設(shè)計(jì)方法诀拭，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(lái)自傳感器善簸、待測(cè)工件的信號(hào)传撰，還要接受和處理來(lái)自于控制面板的按鈕信號(hào)，以及由圖像采集卡傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)呛产，而且要求系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)處理能力距搂。因此，系統(tǒng)軟件對(duì)實(shí)時(shí)性有一定的要求治勒，同時(shí)還要對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行管理和調(diào)度恰磷。

 

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(cè)與控制算法程序路倔、中斷服務(wù)程序熏屎、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(duì)系統(tǒng)中各硬件資源設(shè)定明確的初始化狀態(tài)搂棱，包括對(duì)可編程器件初始化叔梆，各I/O口初始狀態(tài)設(shè)定沫流，為系統(tǒng)硬件資源分配任務(wù)等。

 

軟件初始化 包括堆棧初始化筑凫、狀態(tài)變量初始化滑沧、各軟件標(biāo)志初始化、各變量存儲(chǔ)單元初始化巍实、系統(tǒng)參數(shù)初始化等滓技。

 

(2) 數(shù)據(jù)采集模塊

 

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

 

(3) 檢測(cè)/控制模塊

 

對(duì)得到的圖像數(shù)據(jù)文件進(jìn)行分析、計(jì)算丸边、比較叠必、檢測(cè)，判別工件是否合格妹窖，并實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤的管理纬朝。

 

(4) 中斷管理模塊

 

針對(duì)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骄呼，包括中斷管理模塊和中斷服務(wù)模塊共苛。

 

(5) 顯示管理模塊

 

用于實(shí)時(shí)更新顯示圖像和數(shù)據(jù)，并對(duì)報(bào)警指示燈進(jìn)行管理蜓萄。

 

(6) 時(shí)鐘管理模塊

 

包括數(shù)據(jù)采樣周期定時(shí)氢莫、控制周期定時(shí)、動(dòng)態(tài)刷新周期定時(shí)秤慌、及故障監(jiān)視電路的定時(shí)信號(hào)等邦擎。

 

(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(kāi)機(jī)自檢的形式式涝，每當(dāng)電源接通或復(fù)位后耍叮，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行一次自檢程序，對(duì)硬件電路進(jìn)行一次檢測(cè)雌夕。上位機(jī)監(jiān)控軟件主要程序流程，如圖6所示朵泌。

 

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)方法派憨，由主程序、手動(dòng)控制程序岳舔、故障處理程序等模塊構(gòu)成笔碌。根據(jù)系統(tǒng)要求，PLC的I/O分配躲扣，如表1示甚脉。

 

(1) 輸入輸出信號(hào)

表1 PLC輸入輸出信號(hào)

 

 

(2) 梯形圖編制

 

根據(jù)控制過(guò)程及輸入輸出信號(hào)編制出梯形圖丸升。PLC采用循環(huán)掃描方式，按梯形圖從上而下牺氨，從左而右的先后順序予以執(zhí)行狡耻。同時(shí)，前后兩個(gè)工件位置都進(jìn)行互鎖猴凹。部分梯形圖夷狰，如圖7示。

 

圖7 定位工位梯形圖

 

R001是內(nèi)部繼電器郊霎，表示選擇“自動(dòng)”沼头，當(dāng)PLC得到信號(hào)X010時(shí)，即傳感器檢測(cè)到定位工位有工件時(shí)书劝，延時(shí)并輸出允許攝像信號(hào)Y000进倍，然后再延時(shí)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(wú)工件時(shí)，輸出工件可以離開(kāi)定位工位信號(hào)购对。如果PLC接到計(jì)算機(jī)發(fā)出的“工件不合格”信號(hào)猾昆，即X014后，報(bào)警湘乐，直到按復(fù)位鍵停止報(bào)警蝌飘。

 

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)中扇胀，一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題是計(jì)算機(jī)與PLC的通信問(wèn)題跑既。在本課題中，對(duì)于計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信忌党，我們考慮了兩種實(shí)現(xiàn)方法：一種是利用串口通信轿白，另外可通過(guò)I/O卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于串口通信在實(shí)時(shí)性铺举、可靠性罢摧、抗干擾性等方面都沒(méi)有I/O卡好，又根據(jù)廠里具體情況劫伊，最后還是選用了后一種方法拆聋。I/O卡即開(kāi)關(guān)量輸入輸出卡，在此項(xiàng)目中姊呐，我們選擇了PCL—724懒披，24位數(shù)字I/O卡，傳輸速率為300KB/s剖张。該I/O卡具有2個(gè)八位端口（A切诀，B），端口地址范圍為200H～3FFH，兩端口都可以進(jìn)行輸入輸出操作幅虑，在進(jìn)行輸入輸出操作時(shí)丰滑，無(wú)需進(jìn)行握手，因?yàn)閿?shù)據(jù)可以直接寫(xiě)或讀到設(shè)定的端口倒庵。由PLC輸入輸出信號(hào)表可以看到褒墨，PLC需要接收計(jì)算機(jī)3個(gè)信號(hào)，計(jì)算機(jī)需要接收PLC一個(gè)信號(hào)哄芜。它們的通信協(xié)議定義與地址設(shè)定貌亭，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

 

 

五认臊、結(jié)束語(yǔ)

 

本系統(tǒng)是PLC與工控機(jī)集成控制的很好應(yīng)用圃庭，投入運(yùn)行后，為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益失晴。該系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制方面剧腻，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)格比滑信，贏得了用戶的廣泛贊譽(yù)占找。

 

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