摘 要：針對國內(nèi)還未制造出功能完善的鋼球外觀檢驗機現(xiàn)狀,我們設(shè)計出了一種基于可編程控制器的鋼球外觀檢驗控制系統(tǒng)。本文提出了可編程控制器控制系統(tǒng)預防電磁抗干擾的措施,分析計算了檢驗系統(tǒng)的時序性質(zhì)與檢驗時間。敘述了可編程控制器產(chǎn)生控制時序的方法。 關(guān)鍵詞：可編程控制器;鋼球外觀檢驗;電磁干擾;時序 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 　　滾動軸承是國家機械工業(yè)中重要的基礎(chǔ)性零件，而鋼球作為軸承的滾動體，它的質(zhì)量優(yōu)劣對滾動軸承的性能、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機，它以前是采用凸輪控制開關(guān)來控制，時序是由內(nèi)部的變速箱完成，噪音大，在開關(guān)處有時產(chǎn)生的電火花與負載斷電的浪涌電流會造成干擾。1990年中國第一次引進絕大部分由模擬電路實現(xiàn)控制的捷克鋼球外觀檢驗機，由于技術(shù)壟斷使得國內(nèi)在鋼球檢驗方面全部購買捷克產(chǎn)品至今。此設(shè)計用PLC實現(xiàn)檢驗要求的準確控制時序和檢驗信號處理。 2 檢驗控制系統(tǒng)概述 　　2.1鋼球外觀檢驗系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與PLC完成功能 　　可以劃分為四個部分，⑴、供料系統(tǒng)：料斗、直徑分選器、供應通道。⑵、展開系統(tǒng)：展開機械系統(tǒng)、隔離器、數(shù)球器、進料器、進料機械手指。⑶、檢驗系統(tǒng)：光電探測儀、振動探測儀、渦流探測儀。⑷、控制裝置：可編程控制器、觸摸屏。 　　鋼球從料斗到檢驗后被分選，PLC要完全控制鋼球的運動狀態(tài)，完成整個檢驗的閉環(huán)控制與實時向觸摸屏、檢測裝置執(zhí)行裝置通信的任務。 　　系統(tǒng)配置的PLC是三菱公司的FX1n型。觸摸屏通過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;校驗位：偶校驗;波特率：9600bps;超時常數(shù)為3秒。 [align=center] 圖1 整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖[/align] 　　2.2 PLC輸入輸出信號分析： 　　（1）、隔離器信號：鋼球累積時發(fā)出的信號，形式是周期不定的方波。PLC判斷方波高電平的時間確定是否有效。（2）、數(shù)球器信號：從隔離器信號中分析處理并計算得到。（3）、展開機構(gòu)的調(diào)試信號：PLC控制展開機構(gòu)中的調(diào)試馬達。此調(diào)試馬達也是機器工作的主驅(qū)動馬達。在此信號載了一個頻率一定反饋信號，從此信號頻率的變化來確定展開機構(gòu)的驅(qū)動是否正常，信號線用航空用屏蔽電纜。（4）、光電檢測、振動檢測信號、渦流檢測信號：矩形脈沖，上升沿觸發(fā)PLC。（5）、輸出點接不同型號的固態(tài)繼電器。 3 軟件設(shè)計 　　3.1時間延時考慮： 　　本程序考慮的時間延時如下：⑴、固態(tài)繼電器的輸入輸出延時（2ms內(nèi)）。⑵、PLC的輸入濾波延時（10ms內(nèi)），輸出響應時間（1ms內(nèi)）。⑶、PLC定時本身誤差（下偏差為1ms、10ms、100ms;上偏差為一個掃描周期）。⑷、執(zhí)行元件的響應時間（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，延時忽略。 　　3.2 檢驗時間確定： 　　鋼球在展開機構(gòu)上必須要保證足夠的時間，下面對鋼球展開時間進行分析。在下圖控制滾輪軸心在直線CJ上，鋼球球心在O點，鋼球在展開機構(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)在建立坐標如下： [align=center] 圖2 鋼球展開示意圖[/align] 　　得：，控制滾輪繞軸旋轉(zhuǎn)，ω0=ωz,在正常的展開過程中,當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,由于AB⊥AJ;BC⊥CJ有關(guān)系式： 　　　　　　得。兩個三角形△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。即當鋼球在平面Y -Z上轉(zhuǎn)動α角時, 相對轉(zhuǎn)動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)過角度: 　　 　　如傳感器有效探測區(qū)域為直徑σ的圓域, 取一定的重疊因子, 則有2σ/3=φR由此可得到半帶寬 。 　　而展開半徑為r 的鋼球, 需繞z 軸旋轉(zhuǎn)圈. 整個展開時間。對不同直徑鋼球的展開, 應配用不同的控制滾輪. 對于直徑為5.5562毫米的鋼球，需要旋轉(zhuǎn)36圈，檢驗時間（ms）。由于FX1nPLC的1ms定時器只有四個,不能滿足所有直徑組,如果要用1ms定時器便可以用MOV指令傳送分組的檢驗時間.在某種程度上可以相對增加檢驗機的檢驗速度,但是在定時器復位和MOV指令的執(zhí)行順序與異常處理的保護上要有很嚴密的設(shè)計,這樣就大大增加了程序的步數(shù)。在PLC提供大量的10ms定時器時，用10ms定時器相對指令很精簡，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展其它功能。在進料器上用1個1ms的定時器完成占空比為的定時，可以減小程序定時誤差。檢驗儀器是后開先斷的來保證傳出的信號可靠。進料器動作周期包含球自由落體運動的時間以及送鋼球到子午輪的時間（上料時間）和展開機構(gòu)放開鋼球的打開時間（下料時間）。上料時間和下料時間的計算都要考慮執(zhí)行元件的動作延時和其它相關(guān)的誤差（主要的是定時器的定時誤差，它可能要比定時設(shè)定值少10ms）。上料時間與下料時間總和為43ms這是個固定值。上下料時間（t）=進料機械手指動作完成時間保證值（29ms）+鋼球不穩(wěn)定態(tài)時間預留值（8ms）+分選器執(zhí)行時間保證值（6ms）。對于5.5562毫米的鋼球的程序設(shè)定時間 T‘=T+t=273 。 　　3.3 觸摸屏界面設(shè)計: 　　我們設(shè)計了一下幾個主要界面：直徑選擇界面;調(diào)試界面;加密界面;檢驗狀態(tài)信息顯示界面;報警界面，操作直觀易懂。 4 結(jié)論與創(chuàng)新觀點： 　　以下是直徑為5.5562mm鋼球檢驗的控制時序波形驗證;執(zhí)行周期為T‘=273ms。 [align=center] 圖3 5.5562mm直徑檢驗波形圖[/align] 　　從圖中可以看出完全吻合程序設(shè)定值。1通道是進料機械手指周期; 2通道的是進料器的周期;其他波形驗證略。鋼球檢驗率與捷克的一致。 　　用PLC來完成鋼球外觀檢驗系統(tǒng)設(shè)計是目前全球未有的設(shè)計。此設(shè)計使系統(tǒng)操作簡便，穩(wěn)定性高，已經(jīng)在現(xiàn)場調(diào)試運行滿足要求，檢驗結(jié)果準確可靠，可以定時定量關(guān)機，可以選擇15組不同大小鋼球,達到國際一流水平。鋼球檢驗時間計算算法獨特,鋼球展開的運動矢量用標量表示方法創(chuàng)新。對我國的鋼球檢驗技術(shù)起了很大的推動作用。 參考文獻: 　　[1]黃坤榮.PLC和觸摸屏控制系統(tǒng)在滅菌器上的應用[J].微計算機信息.2005,2:5 　　[2]Kim,Chouikha.Attenuation characteristics of high rate home-networking PLC signals[J]. Power Delivery. IEEE Transactions on. 2002.Volume 17. Issue 4. 　　[3]趙剛,馬松軒等,A viko K 型鋼球外觀檢驗機中子午線展開機構(gòu)的理論分析[J].四川大學學報.四川大學出版社.1997