一种新型开槽机工作过程的计算机实时监控.pdf

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1、第37卷 第4期2003年4月西 安 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF XIAN J IAOTONG UNIVERSITYVol.374Apr.2003一种新型开槽机工作过程的计算机实时监控赵升吨1,王 骥1,王丽红2,宋 涛1,于德弘1(1.西安交通大学机械工程学院,710049,西安;2.新兴铸管集团有限公司)摘要:采用可编程控制器与微机组成的两级结构来实现调试和实时监控新型全自动开槽机的工作过程.用Visual Basic 610语言编制了开槽机动作过程可编程控制器监控模块化动画仿真程序,其与可编程控制器中的控制程序能协调工作,并具有相互间通信控制、可编程控制器状态显示、控制面

2、板和开槽机动画仿真功能.利用Visual Basic 610语言中的图形控件进行动画编程.程序按照功能进行模块化设计,增强了可读性,便于调试;监控界面友好,简化了在工业实际应用中改进开槽机工艺和完善控制功能的过程.关键词:开槽机;可编程控制器控制;动画;监控中图分类号:TP273;TP315.5 文献标识码:A文章编号:02532987X(2003)0420346205Computer Real2Time Monitor and Control for the Working Processof a New Type of Slotting MachineZhao Shengdun1,Wang

3、 Ji1,Wang Lihong2,Song Tao1,Yu Dehong1(1.School of Mechanical Engineering,Xian Jiaotong University,Xian 710049,China;2.Xinxing Ductile Iron Pipes Co.,Ltd.)Abstract:A two2stage control system with Programmable Logic Controller(PLC)and microcomputer is adopted to debug and moni2tor the working process

4、 of a new type of slotting machine.The software of the system consists of a monitoring and controlling pro2gram modularized in the microcomputer with Visual Basic 610 and a PLC ladder in the PLC,which can realize functions of communi2cation,displaying PLC status,and soft control panel and cartoon si

5、mulation.Cartoon simulation interface is com posed by communi2cating control zone,input and output displaying zone,debugging and monitoring zone,control panel zone and cartoon simulation zonefor the working process of the slotting machine,and cartoon simulation isprogrammed with picture controls in

6、Visual Basic 6.0.Ac2cording to functions,modular programming method adopted improves readability and simplifies the debugging.The monitoring inter2face is user friendly.The system obviously conveniences process variations and improves the control performance for a slotting ma2chine.Keywords:slotting

7、 machine;programmable logic controller control;cartoon;monitoring 棒管料上的开槽或切断是工业中常用的加工工序,本文作者对自行研制的新型全自动开槽机进行了可编程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的控制改造1,2.PCL具有许多优点,但其显示功能较差,而且每次修改PLC控制程序都必须进行现场调试3,4,若程序中存有隐患,就有可能损坏现场设备.微型计算机在图形显示和数据处理等方面具有很强的功能,为了能在上位微机屏幕上直观地监测开槽机在运行时各部件的工作状态和调试验证PLC控制程序的正确性,则有

8、必要在微机上对开槽机工作过程进行监控.1 监控系统的基本组成开槽机PLC控制过程的计算机监控仿真系统的总体结构如图1所示.其工作原理为:先将微机中编制好的PLC控制程序和通信程序通过通信电缆下载到PLC中,然后运行微机中用Visual Basic 610语言编制的通信程序和监控动画仿真程序.信号输入有两种方式:鼠标及硬件板,即可分别在微机上使用鼠标点击操作,或在PLC硬件操作面板上手动操作开关及按扭.收稿日期:2002206217.作者简介:赵升吨(1962),男,教授,博士生导师.基金项目:高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目(199930);科技部地方重大科技攻关计划项目(20

9、002D096).1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.图1 开槽机工作过程计算机监控仿真系统2 监控仿真界面根据开槽机的动作原理及其PLC控制系统功能1,2,建立了如图2所示的计算机监控动画仿真界面.从图2可以看出,其工作界面主要由5个区域组成.2.1 通信控制区通信控制区在界面的左上方,包括文件、设置和帮助.该控制区内采用菜单及工具栏形式,其中菜单栏中的“设置”项还包括2个菜单项:打开串口和串口属性.用鼠标点击“打开串口”,则微机和PLC之间的通信串口被打开.串口属性中包括波特率的选择、握手

10、信号的选择、串口通信格式的确定和输入缓冲区大小的设置等5,用户可根据需要对这些参数进行设置,从而方便地控制通信端口,使仿真程序具有较强的通用性.图2 开槽机动作过程监控仿真程序界面(初始状态)2.2PLC输入、输出状态显示区该区位于仿真界面的最右边,采用类似于点亮灯泡的形式动态地显示PLC运行时各输入输出点的实际通/断状态.本程序采用了一个图像列表框ImageList控件6,其内置有4个图标:显示输入点初始状态的白色圆圈、显示输入点闭合状态的点亮的黄色灯泡、显示输出状态的红色发光圆点和显示鼠标指针变化的人手图标.输入区采用了一个名为pinm的Image图形控件数组6,代表PLC硬件仿真板上的2

11、4个输入点.当各输入点断开或闭合时,仿真界面上其相应的点便显示出不同的图像,断开时显示为白点,闭合时为点亮的黄色灯泡.输出区采用了一个名为pout的Shape形状控件数组6,代表PLC硬件仿真板上的16个输出点,当PLC处于运行状态时,代表其相应输出点的圆圈则会变为红色.这样,在微机的界面上能直观地显示出PLC的运行状态,而用户操作的输入、输出点所代表的开关功能分别如表1和表2所示.表2中的电磁阀均表示开槽机液压系统阀的控制线圈代号1,2.表1 输入区图标所代表的输入点功能输入点功能输入点功能I0.0自动选择I0.1手动选择I0.2设备停止I0.3送料左限I0.4送料右限I0.6退刀到位I0.

12、7前夹紧手动I1.0设备启动I1.1后夹紧手动I1.2左右行手动表2 输出区图标所代表的输出点功能输出点功能输出点功能Q0.3退刀信号Q0.4前夹紧信号Q0.5后夹紧信号Q0.6左行信号Q0.7右行信号Q1.0进刀信号Q1.1电磁阀1DTQ1.2电磁阀2DTQ1.3电磁阀3DTQ1.4电磁阀4DTQ1.5电磁阀5DTQ1.6电磁阀6DTQ1.7电磁阀7DT2.3 调试和监控区该区域位于仿真界面的最左侧,其中有指示灯和调试按钮.本程序采用了一个名为lit的Shape形状控件数组6,代表开槽机运行状态的各个指示灯.当开槽机运行时,其相应的指示灯会变成黄色,这样就可以通过指示灯的状态变化监控开槽机的

13、工作状态.此区域中的8个用于调试的命令按钮,通过用鼠标点击,就可以在微机动画仿真界面上随时控制开槽机的运行.2.4 控制面板区该区位于仿真界面的中下方,其中有控制操作规范的按钮和开关.区域左上方的按钮为“读PLC状态”,它的功能是打开PLC与微机之间的串口,并选择是用鼠标还是硬件板进行操作.PLC进入运行状态后,默认的是硬件板操作方式,再用鼠标点击一743 第4期 赵升吨,等:一种新型开槽机工作过程的计算机实时监控 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.下此按钮,即变为鼠标操作.进行硬件板操作时

14、,只有扳动硬件操作板上的开关才能对开槽机进行控制,而进行鼠标操作时,就可以点击微机仿真界面上控制面板区中的按钮进行开槽机的控制,上述2种控制方式互锁.按照操作规范的要求,先选择自动操作或手动操作(其相应的按钮会由灰色变为绿色),再按设备启动按钮(其相应的按钮会由灰色变为红色),便可实现开槽机动作的自动控制和手动控制2种操作规范2.2.5 开槽机工作过程动画仿真区该区域是仿真动画的主要部分,位于仿真界面的中间.在该区域中,使用各种图形控件画出了开槽机的基本组成图.这样就可以比较形象、直观地观察到开槽机各个部件的运动情况,实时监测PLC运行状况,以便于对设备的加工过程进行监控和调试.对开槽机的工作

15、过程进行监控,就要熟悉开槽机的实际工作过程.该开槽机的动作过程为:前夹紧缸夹紧棒料 送料缸带动前夹紧缸部件向右送一个步距(到达送料右限行程开关KB)后夹紧缸夹紧棒料 进退刀缸左行驱动车刀向棒料中心方向靠扰 进刀开槽(开槽深度满足要求)到达进刀限位行程开关KC 进退刀缸右行(退刀到达退刀限位行程开关KD)前夹紧缸松开 送料缸向左后退(到达送料左限行程开关KA)前夹紧缸夹紧棒料 后夹紧缸松开 送料缸使棒料向右送进一个步距.如此周而复始,便可实现开槽机的连续开槽动作1,2.3 动态监控仿真程序的研制用Visual Basic 610编制开槽机动画仿真程序,首先 需 要 使 用 该 语 言 中 的Im

16、age、PictureBox、Shape、Line等图形控件画出开槽机运动机构的各个主要部件6.加载图像时,将所需的图形先在Auto2CAD下画好,然后用Photoshop 510进行必要的处理,如添加颜色、透明处理等;之后,通过Image控件的Picture属性将图形加载到Visual Basic的窗体中.程序设计采用了模块化设计的思想.在OptionExplicit中6先定义模块中所有的常量和变量,如各个行程开关、油缸活塞、车刀和棒料的位置、动画移动的步距等,然后根据各部件所要实现的动画动作分别编制相应的子程序.本程序需要编制的开槽机动作子程序有:送料缸右行;送料缸左行;前夹紧缸夹紧;前夹

17、紧缸松开;后夹紧缸夹紧;后夹紧缸松开;进退刀缸进刀;进退刀缸退刀;设备功能初始化;设备动作.开槽机的送料、夹紧、进退刀等动作是由如图2所示的液压系统的4个液压缸来控制的.本程序设置了4个timer控件来分别控制前夹紧缸、后夹紧缸、左右行缸、进退刀缸的动作,通过调用这4个计时器创建的timer事件和设置它们的Interval和En2able属性,可以非常方便地实现开槽机动作的动画仿真.合理地归纳它们之间的动作逻辑关系是动画仿真的关键所在.在控制面板区中有设备启动、设备停止、手动选择和自动选择4个控制按钮,它们由一个Command控件数组构成.上位机和PLC之间的通信仿真控制功能是在它们的Mous

18、eDown和MouseUp事件里实现的,当用鼠标点击这些按钮时,程序就会调用公共模块中的发送函数OrMes和AndMes6,向PLC发送控制信息,同时又根据PLC中控制程序的要求实现上位机屏幕上仿真动画的动作.本程序在MouseDown事件发生时进行设置,调用OrMes函数,记录其头条信息6,并将代表PLC上输入点的相应位置1.例如,当点击选择手动控制按钮时,就调用OrMes(“a”,&H2),“a”代表PLC输入点的第一组,H2代表第一组的第二个输入点I011.在PLC中,I011代表手动按钮.在MouseUp事件发生时,调用AndMes函数,即将输入点的相应变量置于0时,该控制按钮无效.控

19、制面板区的4个复选框分别代表4个手动选择开关,由一个Check数组构成.Check(0)代表前夹紧手动,Check(1)代表后夹紧手动,Check(2)代表左右行手动,Check(3)代表进退刀手动.选中状态,其Value值为1,代表开关闭合状态;未选中状态,其Value值为0,代表开关断开状态.选中状态时调用OrMes函数,未选中状态调用AndMes函数.另外,在调试和监控区中的调试按钮也是由Command命令按钮组成的,通过这些按钮的Click事件,可以调用相应的子程序,实现随时对动画仿真界面的监控和调试.子程序InitMoveP是关于动画的初始化程序8,子程序Machine-Move执行

20、控制仿真界面上的动画动作.其他子程序还有:行程开关被压合、释放显示、压力表显示、时间显示等动作,使用Visual Basic 610编制时较简单,在此不再论述.843西 安 交 通 大 学 学 报 第37卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.4 动态监控过程该开槽机PLC控制动画仿真程序必须结合通信仿真程序才能实现其动画仿真的目的1,其操作流程可简述如下.首先,运行Visual Basic程序,使PLC处于运行状态.点击控制面板区中的按钮“读PLC状态”,此时屏幕上会出现一个“串口现为关闭状

21、态,要进行下面的操作必须先打开串口,继续吗?”的提示框,点击“是”,此时界面左下角的状态栏的文本会由“串口已关闭”变为“串口已打开”,其指示图形也会相应地由红色变为绿色.“读PLC状态”的按钮会变为“硬件板操作”,再点击变为“鼠标操作”.以“鼠标操作”为例来演示开槽机的PLC控制通信仿真过程:上位机中的程序将操作界面上的控制信息发送给PLC,PLC通信程序接收到此信息后对PLC相应的变量作相应的改变,然后将改变后的信息再发送给上位机.根据控制程序的要求,开槽机在开始运转之前会自动进行设备的初始化.其次,进行操作规范的选择,即选择自动操作还是手动操作1,本文选择自动操作规范.先点击“自动操作”按

22、钮,再点击“设备启动”按钮,仿真界面即可按自动控制的要求实现动画效果.在开槽机动作的同时,PLC输入输出状态显示区中的输入输出点的灯泡会相应地被点亮.另外,指示灯区代表开槽机动作的各个灯也会相应地点亮.最后,如果想要结束操作,用鼠标点击“设备停止”按钮,开槽机的仿真界面可在自动完成一个动作周期后恢复到初始状态并停止.5 不同工作状态下的动画仿真界面开槽机在不同工况下微机界面上的动画如图2图5所示.从图2图5可清楚地看出,本文所建立的开槽机PLC控制动画真实地反映了开槽机的现实工况,且界面友好,操作使用方便,具有很好的实用价值.6 结 论(1)对开槽机动作过程进行计算机监控动画仿真是很有必要的,

23、该监控动画仿真的整个硬件系统图3 开槽机动作过程监控仿真程序界面(进刀状态)图4 开槽机动作过程监控仿真程序界面(退刀状态)图5 开槽机动作过程监控仿真程序界面(左行状态)由开槽机、PLC、上位微机和控制面板4大部分组成.(2)开槽机的动态过程监控仿真界面由通信控制区、PLC输入输出状态显示区、调试和监控区、控制面板区、开槽机工作过程动画仿真区5部分组成.(3)用Visual Basic 6.0编制开槽机动态过程监控动画仿真界面,并利用Visual Basic 610中的Im2age、Picture Bar、Shape和Line 4种控件.可以在上位机屏幕上模拟实际开槽机的运动状态,实现对开槽

24、机的实时控制,监控开槽机的运动过程,同时也便于对PLC控制程序进行调试.(4)开槽机动作子程序由送料缸右行、送料缸左行、前夹紧缸夹紧、前夹紧缸松开、后夹紧缸夹紧、后夹紧缸松开、进退刀缸进刀、进退刀缸退刀、设备功943 第4期 赵升吨,等:一种新型开槽机工作过程的计算机实时监控 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.能初始化、设备动作10大部分组成.采用4个timer控件可十分方便地实现对前夹紧缸、后夹紧缸、送料缸和进退刀缸的实际操作.使用Command控件数组实现了设备启、停,手动及自动选择4个

25、按钮的设计.(5)程序采取了模块化的设计思路,使复杂的程序设计变得简单化,增强了程序的可读性,同时也方便了程序的调试.所建立的动态监控仿真界面形象、直观,具有良好的人机交互性.参考文献:1 王丽红.开槽机PLC控制通信仿真及其送料速度的迭代学习控制D.西安:西安交通大学机械工程学院,2002.2 赵升吨,王丽红,王 骥,等.一种新型全自动开槽机的PLC控制J.机床与液压,2001,173(5):2224.3 张晓坤.可编程控制器原理及应用M.西安:西北工业大学出版社,1998.4 陈春雨,李景学.可编程控制器应用软件设计方法与技巧M.北京:电子工业出版社,1992.5 邱公伟.可编程控制器网络

26、通信及应用M.北京:清华大学出版社,1992.6Holzner S.Visual Basic 6.0技术内幕M.北京:机械工业出版社,1999.(编辑 苗 凌 管咏梅)(上接第345页)表1HASA和LSTS算法的时间性能实验结果l.u.c.tHASA阶段1时间/s目标函数阶段2时间/s目标函数LSTS时间/s目标函数6.10.10.818.18.12.28.30.18.12.4411437008140366609022521 2683 894024参考文献:1Tripathy A.School timetabling:a case in large binary in2teger linge

27、r programming J.ManagementScience,1984,130(12):1 4731 489.2Wood D C.A technique for colouring a graph applicable tolarge scale timetabling problem J.Computer Journal,1969,12(4):317319.3Kragelund L V.Solving a timetabling problem using hy2brid genetic algorithms J.Software Practice and Experi2ence,19

28、97,27(10):1 1211 134.4Monfrogio A.Timetabling through constrained heuristicsearch and genetic algorithms J.Software Practice andExperience,1996,26(3):251279.5Schaerf A.Local search techniques for large high schooltimetabling problems J.IEEE Transactions on SystemsMan and Cybernetic,Part A:System and

29、 Humans,1999,29(4):368377.6Legierski W.Search strategy for constraint2based class2teacher timetabling A.4th International Conference onthe Practice andTheory of AutomatedTimetabling,Gent,Belgium,2002.7 王 凌.智能优化算法及其应用M.北京:清华大学出版社,2001.1735.(编辑 苗 凌)053西 安 交 通 大 学 学 报 第37卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.