基于PLC1200的槍彈長(zhǎng)度檢測(cè)機(jī)智能化改造設(shè)計(jì)

全 越 叢培田 韓 輝

(沈陽(yáng)理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110159)

目前生產(chǎn)中使用的5.8 mm槍彈彈長(zhǎng)與合膛高度檢測(cè)線機(jī)，是多年前生產(chǎn)的純機(jī)械檢測(cè)機(jī)，缺點(diǎn)之一是檢測(cè)精度低，有合格品誤判和不合格品漏判的情況;缺點(diǎn)之二是機(jī)器是純機(jī)械組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高。為了提高設(shè)備的檢測(cè)精度和降低設(shè)備的故障率，應(yīng)用非接觸檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)［1］和智能控制技術(shù)［2］對(duì)現(xiàn)有設(shè)備機(jī)械進(jìn)行技術(shù)改造，科學(xué)處理機(jī)械、電氣各部分的結(jié)合問(wèn)題，使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便。采用直接式非接觸彈長(zhǎng)檢測(cè)傳感器新技術(shù)［3］，減少測(cè)量機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳遞、放大機(jī)構(gòu)、機(jī)械配合和磨損等因素造成的累積誤差，以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的高精度、重復(fù)性和穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

1 檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)備智能化技術(shù)改造方案

圖1為應(yīng)用電子檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和智能控制技術(shù)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行智能化技術(shù)改造的方案。其中彈長(zhǎng)檢測(cè)裝置和合膛高度檢測(cè)裝置采用非接觸電渦流位移傳感器方式實(shí)現(xiàn)彈長(zhǎng)超差數(shù)值檢測(cè)和合膛高度超差數(shù)值檢測(cè);彈長(zhǎng)超差剔除和合膛超差剔除結(jié)構(gòu)采用數(shù)控快速三位電磁控制結(jié)構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的定位控制。在合格品出口加合格品計(jì)數(shù)器，將合格品的數(shù)量信息傳輸給PLC1200;應(yīng)用液晶屏實(shí)現(xiàn)對(duì)彈長(zhǎng)的測(cè)量、合膛高度的測(cè)量、實(shí)現(xiàn)彈長(zhǎng)超差與合膛超差的剔除控制、合格品數(shù)量的數(shù)據(jù)管理和顯示［4］。

1.2 彈長(zhǎng)與合膛高度超差量檢測(cè)結(jié)構(gòu)改造方案

如圖2和圖3所示，采用高精度非接觸電渦流電磁位移傳感器進(jìn)行反映超差量的探桿極近距離量h的測(cè)量，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理器的轉(zhuǎn)換，將機(jī)械量h變換為電壓量vh，以利于后續(xù)電路系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換。變換過(guò)程中具有抗干擾技術(shù)，避免產(chǎn)生噪聲干擾;同時(shí)確保測(cè)試系統(tǒng)具有線性特性。

1.3 彈長(zhǎng)與合膛高度超差的剔除

超差剔除裝置的3個(gè)位置，彈長(zhǎng)超差剔除裝置如圖4所示的3個(gè)位置。產(chǎn)品合格，裝置處于中間位置，產(chǎn)品不剔除;產(chǎn)品超長(zhǎng)，裝置處于左圖位置，不合格產(chǎn)品落入右側(cè)回收箱;產(chǎn)品超短，裝置處于右圖位置，不合格產(chǎn)品落入左側(cè)回收箱內(nèi)。

改造方案中采用圖5所示，3點(diǎn)位置電磁控制器，剔除機(jī)構(gòu)在0.2 s以內(nèi)實(shí)現(xiàn)中間常態(tài)位置與端點(diǎn)位置的移動(dòng)和復(fù)位，應(yīng)用了數(shù)字控制技術(shù)、電磁技術(shù)、機(jī)械互鎖機(jī)構(gòu)、機(jī)械能機(jī)構(gòu)恢復(fù)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)機(jī)連續(xù)改造過(guò)程中的穩(wěn)定可靠和低故障率以及檢修的便捷性。

1.4 合格品計(jì)數(shù)器

槍彈生產(chǎn)中的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)對(duì)管理十分重要。系統(tǒng)中采用紅外高靈敏度光電傳感器，對(duì)出口的合格品進(jìn)行檢測(cè)，每過(guò)一個(gè)合格品，檢測(cè)器準(zhǔn)確產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，并且傳輸給控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

PLC1200控制系統(tǒng)是本設(shè)備的智能化技術(shù)改造的核心單元，系統(tǒng)由CPU、64k程序區(qū)、8k數(shù)據(jù)區(qū)、彩色液晶顯示器、鍵盤控制器和通訊記錄單元組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)彈長(zhǎng)與合膛高度測(cè)試單元的控制，和對(duì)剔除機(jī)構(gòu)的控制［5］。

2 檢測(cè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

在檢測(cè)系統(tǒng)硬件配置及傳感器標(biāo)定完成后，利用PLC1200編制相應(yīng)的程序，完成數(shù)據(jù)的采集、分析、比較、輸出指令、存儲(chǔ)和顯示。該程序主要包括檢測(cè)信號(hào)的采集、比較判斷控制指令的發(fā)出和數(shù)據(jù)的顯示3大部分。

2.1 PLC1200的信號(hào)采集系統(tǒng)

高精度非接觸電渦流電磁位移傳感器進(jìn)行反映超差量的探桿極近距離量h的測(cè)量，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理器的轉(zhuǎn)換，將機(jī)械量h變換為電壓量vh后，通過(guò)PLC1200的AI通道輸入給CPU，輸入的電壓值，CPU每隔2 ms采集一次，梯形圖程序如圖7所示。

2.2 PLC1200比較判斷控制指令的發(fā)出系統(tǒng)

通過(guò)每次實(shí)時(shí)測(cè)得的最小電壓值與標(biāo)準(zhǔn)彈標(biāo)定時(shí)測(cè)得的對(duì)應(yīng)的電壓值比較大小，在范圍內(nèi)為合格;超出上限或低于下限，均為不合格，PLC1200對(duì)應(yīng)發(fā)出超長(zhǎng)或超短指令，控制三點(diǎn)位置電磁控制器的不同線圈，實(shí)現(xiàn)剔除機(jī)構(gòu)在0.2 s以內(nèi)實(shí)現(xiàn)中間常態(tài)位置與端點(diǎn)位置的移動(dòng)和復(fù)位［6］。梯形圖程序如圖8所示。

2.3 液晶屏顯示系統(tǒng)

液晶屏選用西門子品牌，通過(guò)以太網(wǎng)與PLC1200通訊，支持PLC編程語(yǔ)言，人機(jī)界面友好。

3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

本文論述的對(duì)現(xiàn)有設(shè)備機(jī)械改造最終實(shí)現(xiàn)的功能如下:實(shí)現(xiàn)對(duì)彈長(zhǎng)測(cè)試單元的檢測(cè);實(shí)現(xiàn)對(duì)合膛高度測(cè)試單元的檢測(cè);實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，判定是否合格;實(shí)現(xiàn)對(duì)彈長(zhǎng)剔除機(jī)構(gòu)的控制;實(shí)現(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)的顯示和存儲(chǔ)。

彈長(zhǎng)的上限值為33.45 mm，下限為32.95 mm，通過(guò)本檢測(cè)系統(tǒng)，做了10組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)件為超短、合格和超長(zhǎng)彈各5發(fā)，總共150發(fā)彈，長(zhǎng)、短檢測(cè)及全部動(dòng)作準(zhǔn)確，合格品誤判和不合格品漏判的情況為0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)備改造前2%～3%的誤判率。其中一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，此次改造給軍工企業(yè)帶來(lái)了性能明顯的高質(zhì)量設(shè)備，同時(shí)改造成本低廉，開發(fā)周期短，使用簡(jiǎn)單、直觀，比傳統(tǒng)的純機(jī)械檢測(cè)設(shè)備具有更高性價(jià)比，更加便于操作，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，為軍品質(zhì)量帶來(lái)了可靠的保障。

表1 彈長(zhǎng)檢測(cè)值及剔除動(dòng)作一覽表

［1］張春.深入淺出西門子S7－1200PLC［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2009:25－33.

［2］馮博，徐淑華.SIMATIC S71200可編程控制器技術(shù)特點(diǎn)［J］.機(jī)械與電子，2010(23):120－121.

［3］強(qiáng)錫富.傳感器［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［4］廖常初.S7－1200PLC編程及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010:3－21.

［5］SIEMENS.SIMATIC S7－1200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)［Z］.2009:41－43.

［6］SiemensAG.SIMATIC S7－1200－micro controller for totally intergrated automation［Z］.2009.