50静重式力标准机控制系统设计

50静重式力标准机控制系统设计

0静重式力标准机标准力计是对不同力量表上的各种力量表和重量仪进行测量和测试的设备，通常分为静重式、式、液压式、叠加式等。静重式力标准机(简称“静重机”)以砝码产生的重力作为基准力值,通过适当的机构按预定顺序将力值施加在被检定对象上。静重机测量精度高,通常被作为大力值(例如50t、100t等)基准设备1静重机检测传感器工作原理50t静重机的机械结构主要由底座、动横梁、换向架、吊杆以及砝码等组成。用于产生力值的砝码共有15块,5t的砝码4块,4t的砝码5块,2t的砝码4块,1t的砝码2块。使用三相交流伺服电机作为动横梁的动力,经一级同步带传动,再经蜗轮蜗杆传动减速,最后经丝杠螺母将电机的回转运动转化为横梁的上下直线移动。一块砝码由4个升降机支撑,一台电机通过同步带来带动4个升降机同时运动。静重机检测传感器的工作过程如下。1)根据被测传感器的类型(压式/拉式)安装传感器,其中换向架可以同时满足压式传感器和拉式传感器的加载需求。以压式传感器为例,将被检测传感器安装在静重机的动横梁上,调整动横梁的位置使吊杆完全压在传感器上,同时与上平台分离,实现传感器的预加载负荷,以保证砝码的重量全部施加在传感器上。2)根据需要,由按照预先设定程序驱动伺服电机,电机通过同步带、齿轮、丝杠等机械结构带动升降机,升降机同步控制相应砝码实现加/卸载。3)根据所加负荷值和被检测输出值进行数据处理,计算出被检传感器的非线性、重复性、滞后性、蠕变性能等技术指标。2控制系统的组成目前,工业上对伺服电机的控制主要有PLC加定位模块、PLC加运动控制卡、伺服控制器直接控制等几种方式静重机控制系统的主要功能要求如下:1)能够实现全自动工作,即自动加/卸载荷、自动运行、自动稳定力值、自动采集数据和处理数据、绘制误差曲线、实时显示蠕变测试曲线、打印输出数据表格等;2)能够实现手动测试,即操作者通过软件进行单步运行;3)操作方式为在Windows系统下,采用人机对话方式,设备运行状态可实时监测;4)对测试进行菜单式选择,可一次完成所有项目,也可进行单项或部分项目;5)对传感器、电机转速、限位开关信号进行采集,并实时显示,将结果存储到硬盘上,以备事后分析;6)可进行数据管理,包括数据的存储、查询、统计以及多机共享等。本控制系统组成如图1所示,主要包括上位机(人机交互界面)、二次仪表、打印机、下位机(伺服控制器)、伺服驱动器、电机以及位置限定开关等组成。上位机采用工业用控制计算机,通过上位机软件实现人机交互,主要用来实现控制指令发出、参数设定、测试数据监视和记录、数据处理和数据管理等功能。下位机一般采用伺服控制器,主要承担两个功能:1)根据上位机发出的控制指令实现对各执行机构的具体控制;2)监测设备上各限位开关的开合信息,反馈给上位机,从而实现对伺服电机的实时监控。接近开关、行程开关等作为位置限定开关分别用于检测砝码的零点位置、极限位置。打印机主要实现测试报表的输出。静重机控制系统工作过程如下:1)在工作之前,控制系统使静重机主机处于初始状态,即所有的砝码在初始位置上,升降机在最高位,动横梁位于下限位;2)手动安装好被检测传感器后,上位机向伺服控制器发出“初始化”指令;3)施加最小静载荷,进行设定次数的预压;4)根据传感器加载级数,上位机给伺服控制器发出指令,控制电机进行砝码加载;5)相应砝码的升降机收回,砝码落在吊杆上,完成加载动作,同时读取二次仪表读数并将数值进行记录;6)卸载过程与加载过程相反。3u3000静重机与其他控制器的连接根据控制系统设计情况及调研,从性能、稳定性、价格几个方面综合考虑为控制系统选择合适的设备。静重机控制系统的接线原理如图2所示。工控机采用西门子IPC-547ECO,通过网线与安川MP2310控制器、打印机进行连接。力二次仪表采用6000标准负荷测量仪,与工控机通过RS-232串口线进行连接。根据动横梁和砝码所需力矩及转速,选择16台850W安川伺服电机以及与其配套的伺服驱动器。MP2310控制器与16台伺服驱动器通过MECHATROLINK-II总线进行连接。作为机械零位,接近开关的控制端通过电线接入控制器的IO板卡。为了对静重机的机械结构进行保护,除了在软件中对电机转动的最大脉冲数进行设定外,还在升降机的上/下限位处增加了行程开关。将行程开关直接接入伺服驱动器的CN1插头的回路中,即可不通过软件进行硬件上的停止电机动作,从而最大程度地保护静重机的机械结构。4上位机软件开发上位机软件主要采用while循环作为整体框架,同时通过调用事件结构来进行整个系统的控制,软件主界面如图3所示。结合控制系统实现功能及工作过程,设计上位机软件开发流程如图4所示。上位机软件中涉及的技术关键点包括上下位机通讯接口、力传感器二次仪表数据采集、SQLu3000Server数据库、报表生成以及下位机软件几部分。4.1mp2310控制器MP2310支持的多种Ethernet通讯。鉴于LabVIEW支持Modbus协议,因此选择Modbus/TCP作为上下位机之间的协议。TCP/IP上的Modbus请求/相应由MBAP报文头、功能码、数据3部分组成。为实现安川控制器(下位机)与上位机的Modbus/TCP通讯,在MP2310控制器的模块设置中,针对218IFA通讯模块进行相应设置。基于LabVIEW平台,NI给出两种常用的方式实现Mod-bus,一种是基于Modbusu3000I/O服务器,一种是基于NIu3000Modbus库4.2bwell程序6000标准负荷测量仪是标准的RS-232串口通讯,在LabVIEW中进行相应串口通讯程序的开发。首先对串口进行一系列设置,包括VISA资源名称、波特率、数据比特、奇偶、停止位和流控制;其次,读出设定数量的字节数并进行转换显示;最后,对串口进行关闭。4.3基于ado的封装LabVIEW数据库访问工具包LabSQL利用MicrosoftADO以及SQL语言来完成数据库访问,将复杂的底层ADO及SQL操作封装成一系列的子VI简单易用。数据库选择SQLu3000Server2000及以上版本,主要进行数据查询、写入、读取等操作。以编写的查询子VI程序为例,首先创建与数据库的连接并打开指定数据库,其次通过SQLServer语句对数据库进行操作,将数据库数据按顺序取出,最后关闭数据库。4.4报表子vi程序在LabVIEW中,利用Excel报表生成的Excelu3000Specific工具包中的子vi。打开空的传感器成品检验记录模板,对报表属性进行设置,再将数据、图表等信息按要求写入新的Excel文件,生成报表子VI程序示例如图5所示。首先从数据库中读取测试数据并打开Excel报表模板;其次将数据按固定位置写入模板中;最后将报表按新的文件名称进行保存。4.5电机机械软件分类下位机(安川MP2310控制器)软件开发是基于安川公司的配套软件———MPE720,主要分为梯形图程序与运动控制程序两部分。梯形图程序主要表示电机属性、逻辑关系、调用运动控制程序等,包括基本设置、调用运动控制程序、错误、手动调试等几个子程序。运动控制程序主要完成描述电机的时序,同样采用运动控制主程序调用运动控制子程序的形式。5静重机测试结果测试50t静重机控制系统在测试和运行过程中稳定可靠,测试人员可通过人机交互界面直观地了解电机、开关以及二次仪表读数等具体信息,方便地进行自动或手动测试、测试结果计算、查看历史数据等。该全自动测控系统不仅能够降低检定人员的劳动强度,同时能够提高传感器检定、校准效率,保证静重机工作的可靠性。图6给出了某10t传感器的某次测试结果,在测试过程中实时显示测试数据及砝码等状态。根据测试的3遍数据,按100%F.S计算出理论值,再通过测试结果可以计算得出该检定传感器的基本性能,非线性为-0.132u30007%,重复性为0.194u30002%,滞后为-0.695u30009%,灵敏度为2.059803mV/V,组合误差为0.602%。6软件开发方式针对实际需求,对50t静重机控制系统软硬件进行设计。该控制系统采用上位机为工控机、下位机为伺服控制器的控制方式,力求控制精度高、可靠性好、容错能力强、人机交互友好且价格相对低廉。上位机基于LabVIEW平台进行软件开发,下位机基于安川控制器软件MPE720进行软件开发。这种上、下位机的控制方式不仅增加整个