摘 要：針對(duì)國(guó)內(nèi)還未制造出功能完善的鋼球外觀檢驗(yàn)機(jī)現(xiàn)狀,我們?cè)O(shè)計(jì)出了一種基于可編程控制器的鋼球外觀檢驗(yàn)控制系統(tǒng)。本文提出了可編程控制器控制系統(tǒng)預(yù)防電磁抗干擾的措施,分析計(jì)算了檢驗(yàn)系統(tǒng)的時(shí)序性質(zhì)與檢驗(yàn)時(shí)間。敘述了可編程控制器產(chǎn)生控制時(shí)序的方法。 關(guān)鍵詞：可編程控制器;鋼球外觀檢驗(yàn);電磁干擾;時(shí)序 Abstract:We aimed at the status quo that our country had not produced one machine including all the functions of steel-ball facies inspection and designed the system based on PLC. This article proposed the preventive measures against electromagnetic disturbance and analysed the property of the inspection system and the inspection time. This article also recounted the measure of producing the time series for control. Key word:PLC,steel-ball facies inspection,electromagnetic disturbance,time series 1 引言 　　滾動(dòng)軸承是國(guó)家機(jī)械工業(yè)中重要的基礎(chǔ)性零件，而鋼球作為軸承的滾動(dòng)體，它的質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)滾動(dòng)軸承的性能、安全起決定性的作用。全球只有捷克制造出功能完善的鋼球外觀檢驗(yàn)機(jī)，它以前是采用凸輪控制開(kāi)關(guān)來(lái)控制，時(shí)序是由內(nèi)部的變速箱完成，噪音大，在開(kāi)關(guān)處有時(shí)產(chǎn)生的電火花與負(fù)載斷電的浪涌電流會(huì)造成干擾。1990年中國(guó)第一次引進(jìn)絕大部分由模擬電路實(shí)現(xiàn)控制的捷克鋼球外觀檢驗(yàn)機(jī)，由于技術(shù)壟斷使得國(guó)內(nèi)在鋼球檢驗(yàn)方面全部購(gòu)買捷克產(chǎn)品至今。此設(shè)計(jì)用PLC實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)要求的準(zhǔn)確控制時(shí)序和檢驗(yàn)信號(hào)處理。 2 檢驗(yàn)控制系統(tǒng)概述 　　2.1鋼球外觀檢驗(yàn)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與PLC完成功能 　　可以劃分為四個(gè)部分，⑴、供料系統(tǒng)：料斗、直徑分選器、供應(yīng)通道。⑵、展開(kāi)系統(tǒng)：展開(kāi)機(jī)械系統(tǒng)、隔離器、數(shù)球器、進(jìn)料器、進(jìn)料機(jī)械手指。⑶、檢驗(yàn)系統(tǒng)：光電探測(cè)儀、振動(dòng)探測(cè)儀、渦流探測(cè)儀。⑷、控制裝置：可編程控制器、觸摸屏。 　　鋼球從料斗到檢驗(yàn)后被分選，PLC要完全控制鋼球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，完成整個(gè)檢驗(yàn)的閉環(huán)控制與實(shí)時(shí)向觸摸屏、檢測(cè)裝置執(zhí)行裝置通信的任務(wù)。 　　系統(tǒng)配置的PLC是三菱公司的FX1n型。觸摸屏通過(guò)RS485接口與PLC連接。通信參數(shù)設(shè)定：數(shù)據(jù)位：7位;停止位：1位;校驗(yàn)位：偶校驗(yàn);波特率：9600bps;超時(shí)常數(shù)為3秒。 [align=center] 圖1 整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖[/align] 　　2.2 PLC輸入輸出信號(hào)分析： 　?。?）、隔離器信號(hào)：鋼球累積時(shí)發(fā)出的信號(hào)，形式是周期不定的方波。PLC判斷方波高電平的時(shí)間確定是否有效。（2）、數(shù)球器信號(hào)：從隔離器信號(hào)中分析處理并計(jì)算得到。（3）、展開(kāi)機(jī)構(gòu)的調(diào)試信號(hào)：PLC控制展開(kāi)機(jī)構(gòu)中的調(diào)試馬達(dá)。此調(diào)試馬達(dá)也是機(jī)器工作的主驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。在此信號(hào)載了一個(gè)頻率一定反饋信號(hào)，從此信號(hào)頻率的變化來(lái)確定展開(kāi)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)是否正常，信號(hào)線用航空用屏蔽電纜。（4）、光電檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)、渦流檢測(cè)信號(hào)：矩形脈沖，上升沿觸發(fā)PLC。（5）、輸出點(diǎn)接不同型號(hào)的固態(tài)繼電器。 3 軟件設(shè)計(jì) 　　3.1時(shí)間延時(shí)考慮： 　　本程序考慮的時(shí)間延時(shí)如下：⑴、固態(tài)繼電器的輸入輸出延時(shí)（2ms內(nèi)）。⑵、PLC的輸入濾波延時(shí)（10ms內(nèi)），輸出響應(yīng)時(shí)間（1ms內(nèi)）。⑶、PLC定時(shí)本身誤差（下偏差為1ms、10ms、100ms;上偏差為一個(gè)掃描周期）。⑷、執(zhí)行元件的響應(yīng)時(shí)間（3ms內(nèi)）。（5）、本程序執(zhí)行周期;觸摸屏和PLC之間用的是中斷模式，延時(shí)忽略。 　　3.2 檢驗(yàn)時(shí)間確定： 　　鋼球在展開(kāi)機(jī)構(gòu)上必須要保證足夠的時(shí)間，下面對(duì)鋼球展開(kāi)時(shí)間進(jìn)行分析。在下圖控制滾輪軸心在直線CJ上，鋼球球心在O點(diǎn)，鋼球在展開(kāi)機(jī)構(gòu)的控制滾輪上作勻速自轉(zhuǎn)與繞控制滾輪作勻速公轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在建立坐標(biāo)如下： [align=center] 圖2 鋼球展開(kāi)示意圖[/align] 　　得：，控制滾輪繞軸旋轉(zhuǎn)，ω0=ωz,在正常的展開(kāi)過(guò)程中,當(dāng)控制滾輪在一條接觸線上與鋼球作用（只討論控制滾輪一側(cè)） , 鋼球在Y-Z 平面有一微小轉(zhuǎn)角∠OJB（設(shè)為α）時(shí),由于AB⊥AJ;BC⊥CJ有關(guān)系式： 　　　　　　得。兩個(gè)三角形△A JB 與△B J C 共邊知兩三角形全等.設(shè)∠A JB = ∠B J C =，∠A J C = 2α。即當(dāng)鋼球在平面Y -Z上轉(zhuǎn)動(dòng)α角時(shí), 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)2α角度, 控制滾輪的作用, 鋼球每繞z 軸旋轉(zhuǎn)一周將繞x 軸轉(zhuǎn)過(guò)角度: 　　 　　如傳感器有效探測(cè)區(qū)域?yàn)橹睆溅业膱A域, 取一定的重疊因子, 則有2σ/3=φR由此可得到半帶寬 。 　　而展開(kāi)半徑為r 的鋼球, 需繞z 軸旋轉(zhuǎn)圈. 整個(gè)展開(kāi)時(shí)間。對(duì)不同直徑鋼球的展開(kāi), 應(yīng)配用不同的控制滾輪. 對(duì)于直徑為5.5562毫米的鋼球，需要旋轉(zhuǎn)36圈，檢驗(yàn)時(shí)間（ms）。由于FX1nPLC的1ms定時(shí)器只有四個(gè),不能滿足所有直徑組,如果要用1ms定時(shí)器便可以用MOV指令傳送分組的檢驗(yàn)時(shí)間.在某種程度上可以相對(duì)增加檢驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)速度,但是在定時(shí)器復(fù)位和MOV指令的執(zhí)行順序與異常處理的保護(hù)上要有很嚴(yán)密的設(shè)計(jì),這樣就大大增加了程序的步數(shù)。在PLC提供大量的10ms定時(shí)器時(shí)，用10ms定時(shí)器相對(duì)指令很精簡(jiǎn)，大大縮短了程序的步數(shù)，PLC提供的程序步數(shù)是有限的，這樣就大大有利于擴(kuò)展其它功能。在進(jìn)料器上用1個(gè)1ms的定時(shí)器完成占空比為的定時(shí)，可以減小程序定時(shí)誤差。檢驗(yàn)儀器是后開(kāi)先斷的來(lái)保證傳出的信號(hào)可靠。進(jìn)料器動(dòng)作周期包含球自由落體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間以及送鋼球到子午輪的時(shí)間（上料時(shí)間）和展開(kāi)機(jī)構(gòu)放開(kāi)鋼球的打開(kāi)時(shí)間（下料時(shí)間）。上料時(shí)間和下料時(shí)間的計(jì)算都要考慮執(zhí)行元件的動(dòng)作延時(shí)和其它相關(guān)的誤差（主要的是定時(shí)器的定時(shí)誤差，它可能要比定時(shí)設(shè)定值少10ms）。上料時(shí)間與下料時(shí)間總和為43ms這是個(gè)固定值。上下料時(shí)間（t）=進(jìn)料機(jī)械手指動(dòng)作完成時(shí)間保證值（29ms）+鋼球不穩(wěn)定態(tài)時(shí)間預(yù)留值（8ms）+分選器執(zhí)行時(shí)間保證值（6ms）。對(duì)于5.5562毫米的鋼球的程序設(shè)定時(shí)間 T‘=T+t=273 。 　　3.3 觸摸屏界面設(shè)計(jì): 　　我們?cè)O(shè)計(jì)了一下幾個(gè)主要界面：直徑選擇界面;調(diào)試界面;加密界面;檢驗(yàn)狀態(tài)信息顯示界面;報(bào)警界面，操作直觀易懂。 4 結(jié)論與創(chuàng)新觀點(diǎn)： 　　以下是直徑為5.5562mm鋼球檢驗(yàn)的控制時(shí)序波形驗(yàn)證;執(zhí)行周期為T‘=273ms。 [align=center] 圖3 5.5562mm直徑檢驗(yàn)波形圖[/align] 　　從圖中可以看出完全吻合程序設(shè)定值。1通道是進(jìn)料機(jī)械手指周期; 2通道的是進(jìn)料器的周期;其他波形驗(yàn)證略。鋼球檢驗(yàn)率與捷克的一致。 　　用PLC來(lái)完成鋼球外觀檢驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是目前全球未有的設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)使系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性高，已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行滿足要求，檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可以定時(shí)定量關(guān)機(jī)，可以選擇15組不同大小鋼球,達(dá)到國(guó)際一流水平。鋼球檢驗(yàn)時(shí)間計(jì)算算法獨(dú)特,鋼球展開(kāi)的運(yùn)動(dòng)矢量用標(biāo)量表示方法創(chuàng)新。對(duì)我國(guó)的鋼球檢驗(yàn)技術(shù)起了很大的推動(dòng)作用。 參考文獻(xiàn): 　　[1]黃坤榮.PLC和觸摸屏控制系統(tǒng)在滅菌器上的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息.2005,2:5 　　[2]Kim,Chouikha.Attenuation characteristics of high rate home-networking PLC signals[J]. 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