基于機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的司機(jī)控制器自動(dòng)檢測系統(tǒng)

段鵬龍，董瑞林

（西安沙爾特寶電氣有限公司，西安 710000）

標(biāo)動(dòng)司控器作為司機(jī)用來操縱動(dòng)車組運(yùn)行的主令控制器，其的主要功能為施加牽引、制動(dòng)指令、確認(rèn)列車操縱模式和實(shí)現(xiàn)車輛的啟動(dòng)調(diào)速等功能[1]。標(biāo)動(dòng)司控器輸出開關(guān)量信號(hào)給到列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來進(jìn)行列車的控制，因此輸出信號(hào)的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到列車的安全運(yùn)行。每臺(tái)司控器必須進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的檢測，以確保出廠的產(chǎn)品符合例行試驗(yàn)大綱的要求，本文介紹的檢測系統(tǒng)在保證檢測準(zhǔn)確的前提下，大大提高了檢測效率。通過PLC精準(zhǔn)控制機(jī)器人手臂動(dòng)作[2]，模擬人手操縱司控器，同時(shí)設(shè)計(jì)電平電壓采集電路[3]，得到司機(jī)控制器中各擋位開關(guān)閉合數(shù)據(jù)和編碼器輸出值以及手柄力輸出值，利用LabVⅠEW上位機(jī)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解算、處理，并與PLC進(jìn)行通信[4]，同時(shí)與數(shù)據(jù)庫中給定值進(jìn)行對(duì)比判斷，將相關(guān)指令反饋給機(jī)器人，并將結(jié)果輸出到顯示屏。

1 檢測系統(tǒng)的組成

該檢測系統(tǒng)主要測試司控器各檔位速動(dòng)開關(guān)閉合值、編碼器輸出值及手柄力是否與設(shè)定值相符合。系統(tǒng)的組成主要包括：LabVⅠEW軟件控制系統(tǒng)、工控機(jī)和NⅠ板卡、西門子PLC、機(jī)器人及力傳感器與顯示屏等。開始檢測時(shí)，安裝在司控器手柄附近的工業(yè)相機(jī)對(duì)手柄的起始位置進(jìn)行拍照識(shí)別，若手柄未在正確位置，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警提示，需要人為干預(yù)。檢測過程為PLC控制機(jī)器人手柄沿著給定路線運(yùn)行，手柄端部安裝的力傳感器撥動(dòng)司控器檔位手柄在各檔位間平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)將手柄操作力傳遞給信號(hào)采集器。在機(jī)器臂推動(dòng)司控器手柄運(yùn)行的過程中，和速動(dòng)開關(guān)輸出端連接的快接插頭將9組開關(guān)的通斷信號(hào)傳遞給PLC，經(jīng)LabVⅠEW軟件解析運(yùn)算后與數(shù)據(jù)庫中給定值進(jìn)行比較，將結(jié)果傳送至顯示屏。標(biāo)動(dòng)司控器在不同檔位輸出對(duì)應(yīng)開關(guān)信號(hào)時(shí)，編碼器也一一對(duì)應(yīng)輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，板卡采集到編碼器的開關(guān)信號(hào)和力傳感器的電壓信號(hào)后，由LabVⅠEW軟件進(jìn)行解算，并與數(shù)據(jù)庫中的給定值進(jìn)行比較，同時(shí)將結(jié)果輸出至顯示屏，這樣測試人員可以很直觀地對(duì)司控器的功能進(jìn)行判斷。該檢測系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)原理框圖

2 各子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式

2.1 速動(dòng)開關(guān)輸出信號(hào)的處理

標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組用司控器有9組速動(dòng)開關(guān)，每組開關(guān)有2個(gè)觸點(diǎn)，分別為常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，因此可設(shè)計(jì)18路開關(guān)信號(hào)來表示手柄在不同檔位時(shí)的開關(guān)組合狀態(tài)。給每一路通入24 V直流電源，接通時(shí)記為高電平1，斷開時(shí)記為低電平0。在可編程邏輯控制器PLC控制機(jī)器人撥動(dòng)手柄至某一檔位時(shí)，輸出18路不同的開關(guān)量信號(hào)，此時(shí)PLC采集到一串二進(jìn)制數(shù)給到LabVⅠEW上位機(jī)，然后按從低到高排列，并轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)，與數(shù)據(jù)庫中的設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，并將結(jié)果存入顯示屏。例如當(dāng)手柄此時(shí)在“C位置”，對(duì)應(yīng)開關(guān)信號(hào)是“000001111101101001”，顯示器顯示“8 041”，與設(shè)定值相符，判定為“OK”。測試示意圖如圖2所示。

圖2 速動(dòng)開關(guān)測試示意圖

2.2 編碼器輸出信號(hào)的處理

標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組用司控器有2組相同的編碼器，同時(shí)輸出2路格雷碼信號(hào)[5]，互為冗余設(shè)計(jì)，極大地保證了列車的安全運(yùn)行。每組格雷碼由9位二進(jìn)制數(shù)組成，檢測時(shí)，給編碼器接入24 V DC工作電壓，隨著司控器手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，板卡會(huì)接收到編碼器輸出連續(xù)的格雷碼信號(hào)，根據(jù)機(jī)器人的位置確定某一檔位的編碼器輸出值，當(dāng)信號(hào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，采集到的數(shù)據(jù)即為該位置對(duì)應(yīng)的編碼器輸出值。需要特別注意的是，為了盡可能真實(shí)地反映人手扳動(dòng)司控器手柄的狀態(tài)，在機(jī)器人路徑設(shè)計(jì)時(shí)，在快要到達(dá)指定位置時(shí)，使機(jī)器臂緩慢推動(dòng)手柄，最終依靠手柄的慣性力滑入相應(yīng)位置，為了防止手柄“越位”，需要在此設(shè)定編碼器輸出值判定條件，是否在規(guī)定的在區(qū)間內(nèi)，若超出，需要給到PLC信號(hào)，控制機(jī)器臂將手柄回退。當(dāng)板卡將采集到的二進(jìn)制數(shù)傳遞給LabVⅠEW軟件時(shí)，由軟件進(jìn)行解算，并與設(shè)定值進(jìn)行比較分析，同時(shí)將結(jié)果輸出至顯示屏，并與PLC進(jìn)行通信，控制機(jī)器臂的下一步運(yùn)行。測試示意圖如圖3所示。

圖3 編碼器測試示意圖

2.3 手柄操作力信號(hào)的處理

機(jī)器臂在推動(dòng)司控器手柄動(dòng)作的過程中，力傳感器將對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)輸入到板卡中，板卡采集到0～5 V直流電壓信號(hào)。由于司控器在每一檔位有定位特性，在推動(dòng)手柄時(shí)，電壓值會(huì)跳變，使用LabVⅠEW軟件設(shè)置一種算法，拾取2個(gè)檔位之間的峰值電壓，根據(jù)力傳感器的特性，換算成相應(yīng)的力值，即為該檔位的手柄操作力。測試示意圖如圖4所示。

圖4 手柄力測試示意圖

3 測試系統(tǒng)軟件

軟件部分采用LabVⅠEW軟件為開發(fā)工具平臺(tái)，搭載機(jī)器人自帶的數(shù)據(jù)庫軟件，在Windows 7操作系統(tǒng)下開發(fā)。測試系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)控制模塊、原始數(shù)據(jù)庫錄入模塊、身份管理模塊、速動(dòng)開關(guān)測試模塊、編碼器測試模塊、手柄力測試模塊和數(shù)據(jù)處理與顯示模塊等，軟件的測試界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)測試界面

3.1 測試系統(tǒng)的權(quán)限功能

因該測試系統(tǒng)具有較強(qiáng)的專業(yè)性，需要有資質(zhì)的人員操作，為了防止其他人誤操作而損壞設(shè)備，在系統(tǒng)操作前需要進(jìn)行身份識(shí)別。員工ⅠC卡是員工身份識(shí)別的有效憑證，目前大部分員工卡是非接觸式ⅠC卡，具有操作方便，識(shí)別快速的特點(diǎn)，卡內(nèi)儲(chǔ)存有員工工號(hào)等信息，設(shè)備管理員將培訓(xùn)合格人員的員工編號(hào)提前錄入系統(tǒng)中，在操作時(shí)，操作人員先刷卡，系統(tǒng)將讀卡器采集到的員工編號(hào)與數(shù)據(jù)庫中錄入的編號(hào)進(jìn)行比對(duì)，相符后才可進(jìn)入測試界面，這樣可以有效保護(hù)測試系統(tǒng)。

3.2 測試軟件的通信功能

每臺(tái)司控器測試完畢會(huì)生成相應(yīng)的測試報(bào)告，為了管理方便及隨時(shí)查看報(bào)告內(nèi)容。軟件通過系統(tǒng)內(nèi)置的無線通信模塊與公司內(nèi)部局域網(wǎng)進(jìn)行連接，將測試報(bào)告保存在本地服務(wù)器上，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)權(quán)限配置，相關(guān)職能人員可以很方便地調(diào)取測試報(bào)告。

3.3 軟件測試流程

軟件測試流程示意圖如圖6所示。

圖6 軟件測試流程示意圖

4 結(jié)束語

目前，基于該方案的司機(jī)控制器自動(dòng)檢測系統(tǒng)在我公司已經(jīng)投入使用，其檢測方便、高效，自動(dòng)化程度高，大大解放了生產(chǎn)力，尤其在批量化檢測中，顯示出極大的優(yōu)勢(shì)。