專利名稱：金屬?zèng)_擊試樣自動(dòng)化加工裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以labview軟件平臺(tái)為基礎(chǔ)，結(jié)合PLC技術(shù)、視覺(jué)及圖像處理 技術(shù)及自動(dòng)化加工系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬?zèng)_擊試樣自動(dòng)化加工系統(tǒng)由一銑，即平面銑、二銑，即分料和成型 銑，即銑V型缺口三部機(jī)床、三維機(jī)械手、料位轉(zhuǎn)換和定位裝置、排屑、去毛 刺裝置及打號(hào)機(jī)等機(jī)械裝置組成，沖擊試樣的加工過(guò)程分為如下3道工藝環(huán)
節(jié)毛坯銑削分料一試件表面加工一試件V型缺口銑削。因此，相應(yīng)地把沖擊 試樣加工中心總體結(jié)構(gòu)分成3個(gè)特征加工部分四鋸片銑刀分料銑削、高速平 面銑削、V型缺口成型銑削，每個(gè)部分負(fù)責(zé)試樣的一類加工工藝環(huán)節(jié)。分料銑 削部分負(fù)責(zé)毛坯分料環(huán)節(jié)，將一塊大的毛坯件銑成三塊相同大小的單試件坯 件；高速銑削部分負(fù)責(zé)沖擊試樣四個(gè)平面的表面加工， 一次加工6個(gè)工件；V 型缺口銑削部分利用成型銑刀在試樣上加工V型缺口。系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)
化，完成從毛坯料到合格沖擊試樣產(chǎn)出的一次性自動(dòng)加工過(guò)程。需要智能化自
動(dòng)控制系統(tǒng)完成上述工序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于公開(kāi)金屬?zèng)_擊試樣自動(dòng)化加工裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制
系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括PLC子系統(tǒng)與伺服子系統(tǒng)及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。 利用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW及RTSI技術(shù)來(lái)無(wú)縫地集成系統(tǒng),各部分 之間能夠?qū)崟r(shí)通訊、同步協(xié)調(diào)運(yùn)行。
在加工流程中，PLC子系統(tǒng)控制著加工中心的大部分順序動(dòng)作。本發(fā)明 FTO系列C32T可編程控制器，進(jìn)行I/0分配，并搭建信號(hào)輸入電路、輸出負(fù)載 電路；設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)控制流程圖，進(jìn)而在FPWIN GR編程環(huán)境上編制梯形圖、 調(diào)試；基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)PLC與外部通信的程序。
伺服控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)加工中心各部分的進(jìn)給控制，系統(tǒng)中虛擬儀器技術(shù)的 硬件PCI-7358 8軸運(yùn)動(dòng)控制卡與交流伺服系統(tǒng)搭建硬件平臺(tái)，控制刀具切削 進(jìn)給以及工作臺(tái)變速定位運(yùn)動(dòng)；用LabVIEW軟件編制了伺服系統(tǒng)的控制程序， 使控制對(duì)象按照所期望的參數(shù)運(yùn)行。根據(jù)不同的控制要求，分別在速度控制模式和位置控制模式下控制伺服電機(jī)，通過(guò)整定PID參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到較好的運(yùn) 動(dòng)性能。
虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境LabVIEW、 VISA (Virtual Instrument Software Architecture)函數(shù)庫(kù)以及RTSI技術(shù)把PLC控制子系統(tǒng)、伺服控制子系統(tǒng)、 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)有機(jī)地集成為一體，形成了一套多任務(wù)調(diào)度策略軟件。系統(tǒng)配有 方便、實(shí)用的人機(jī)交互界面，操作技術(shù)人員可通過(guò)微機(jī)對(duì)測(cè)控功能簡(jiǎn)單的操作 實(shí)現(xiàn)沖擊試樣的全自動(dòng)加工。
所述的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)完成工件的尺寸和形狀的在線檢測(cè)，不同環(huán)節(jié)的檢測(cè) 結(jié)果作為加工參數(shù)和質(zhì)量控制重要信息。 本發(fā)明系統(tǒng)的集成與通信；
本發(fā)明以LabVIEW軟件為連接橋梁有機(jī)集成了 PLC技術(shù)、運(yùn)控技術(shù)和視 覺(jué)技術(shù)。利用LabV正W輔以Motion運(yùn)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)編寫伺服系統(tǒng)軟件，并 實(shí)現(xiàn)不同硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸；輔助實(shí)現(xiàn)控制器與圖像采集卡間的相互觸發(fā)； 設(shè)計(jì)集成控制系統(tǒng)交互式軟件操作界面，簡(jiǎn)化操作與控制系統(tǒng)的信息管理。
本發(fā)明采集PLC各端口的狀態(tài)值以及PLC與伺服控制器之間相互傳輸?shù)囊?些控制指令，采用端到端的數(shù)據(jù)指令傳輸模式。選擇了PC機(jī)的RS-232串口作為 PLC與運(yùn)動(dòng)控制器數(shù)據(jù)交換的通道。
LabVIEW軟件中的VISA庫(kù)，提供了針對(duì)串口通信完整功能的組件，有5個(gè) 串口通信節(jié)點(diǎn)，分別實(shí)現(xiàn)串口設(shè)置、串口讀、串口寫、串口緩存檢測(cè)和串口暫 停等功能，能方便地規(guī)定主機(jī)串口地址、從機(jī)地址、傳送的數(shù)據(jù)量及一幀串行 數(shù)據(jù)的格式等。把PLC通過(guò)串口傳輸回來(lái)的命令通過(guò)專門算法轉(zhuǎn)換成布爾值驅(qū) 動(dòng)控制器控制伺服進(jìn)給；伺服進(jìn)給到位后也是通過(guò)串口給PLC控制指令。PLC 系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)間的通信基本是靠VISA庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
RTSI (Real-Time System Integration)總線提供NI硬件產(chǎn)品之間的高 速鏈接，實(shí)現(xiàn)硬件之間的實(shí)時(shí)觸發(fā)，通過(guò)RTSI總線可以方便地將運(yùn)動(dòng)控制、 數(shù)據(jù)采集、圖像采集裝置的多個(gè)功能同歩到一個(gè)觸發(fā)器或時(shí)間事件上。
系統(tǒng)中采用的PCI-7358運(yùn)動(dòng)控制器和PCI-1409圖像采集卡都配有RTSI 總線接口，通過(guò)RTSI總線實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制與視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)間的觸發(fā)信號(hào)共享， 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制與圖像采集的同步，從而有效地將它們整合成一個(gè)多功能集成系 統(tǒng)。
本發(fā)明系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)為
本發(fā)明根據(jù)Windows系統(tǒng)及LabVIEW軟件的多線程機(jī)制，建立沖擊試樣加工中心集成系統(tǒng)控制軟件的多線程模型，將系統(tǒng)中管理、控制功能實(shí)現(xiàn)分作若干 個(gè)模塊，分別置于獨(dú)立的線程中。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的要求，將系統(tǒng)控制軟件分成 硬件初始化模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、外部信號(hào)采集模塊、系統(tǒng)控制模塊、故障診 斷模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示模塊。集成控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖.3 所示。
系統(tǒng)控制模塊是軟件系統(tǒng)的調(diào)度核心，該模塊每循環(huán)一次就對(duì)外部輸入數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果調(diào)用對(duì)應(yīng)的子任務(wù)；而不受它控制的任務(wù)則作為并 行的子任務(wù)運(yùn)行。系統(tǒng)工作過(guò)程中的許多子任務(wù)都不是簡(jiǎn)單的順序控制，而是 多任務(wù)并行的控制過(guò)程，故必須在軟件系統(tǒng)中進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度研究、設(shè)計(jì)合理 的多任務(wù)調(diào)度策略，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性。
LabVIEW RT通過(guò)將LabVIEW圖形化編程環(huán)境和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的巧妙結(jié)合， 提供了一個(gè)非常方便的開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的途徑。本發(fā)明利用Windows XP系 統(tǒng)的搶占式多任務(wù)的調(diào)度功能，配合LabVIEW軟件的多任務(wù)編程技術(shù)，采用合 理的調(diào)度策略，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在本集成控制系統(tǒng)中，控制軟件主要實(shí) 現(xiàn)以下幾項(xiàng)實(shí)時(shí)任務(wù)
(1) 外部數(shù)據(jù)采集任務(wù)外部數(shù)據(jù)采集任務(wù)需要實(shí)時(shí)捕捉到PLC的各端口 狀態(tài)的變化，并及時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制模塊進(jìn)行處理，故其優(yōu)先級(jí)最高。
(2) 系統(tǒng)控制任務(wù)對(duì)外部輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果 馬上輸出控制信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)的子任務(wù)。對(duì)緊急任務(wù)的控制，優(yōu)先級(jí)與外部數(shù) 據(jù)采集任務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同。非緊急的控制任務(wù)優(yōu)先級(jí)次之。
(3) 報(bào)警任務(wù)報(bào)警任務(wù)并不經(jīng)常發(fā)生，產(chǎn)生故障信號(hào)時(shí)，必須實(shí)時(shí)處 理，所以其優(yōu)先級(jí)必須設(shè)為最高。
(4) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)及數(shù)據(jù)保存任務(wù)集成系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)包括 PLC、伺服及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)顯示，試樣尺寸及圖像顯示等。這個(gè)任 務(wù)是非時(shí)間臨界的，所以其優(yōu)先級(jí)低于外部數(shù)據(jù)采集等任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。數(shù)據(jù)保 存任務(wù)僅僅是保存一些加工數(shù)據(jù)，其優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低。
LabVIEW環(huán)境下的多任務(wù)作為數(shù)據(jù)流編程語(yǔ)言的LabVIEW能很好地支持 多任務(wù)編程。L油VIEW中多任務(wù)最典型的例子就是獨(dú)立的While循環(huán)。
多任務(wù)調(diào)度策略"在開(kāi)發(fā)LabVIEW平臺(tái)上的多任務(wù)應(yīng)用程序過(guò)程中，本發(fā) 明根據(jù)優(yōu)先級(jí)的設(shè)置和執(zhí)行系統(tǒng)的選擇，結(jié)合固定時(shí)間間隔調(diào)度、實(shí)時(shí)事件驅(qū) 動(dòng)，制定了一套多任務(wù)調(diào)度策略。
基于L油VIEW多任務(wù)調(diào)度策略的可行性和易操作性，把上述的多任務(wù)調(diào)度策略成功應(yīng)用到了LabVIEW平臺(tái)上的控制系統(tǒng)。在本發(fā)明中選擇了4個(gè)執(zhí)行子系 統(tǒng)，使用了3個(gè)優(yōu)先級(jí)。
考慮到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，外部數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)報(bào)警任務(wù)及系統(tǒng)控制任務(wù) 的優(yōu)先級(jí)都設(shè)置為High Priority;動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)為Above Normal Priority;數(shù)據(jù)保存任務(wù)的優(yōu)先級(jí)為Normal Priority。在運(yùn)行過(guò)程中，選擇 了High Priority優(yōu)先級(jí)的任務(wù)將順序執(zhí)行，第一個(gè)任務(wù)執(zhí)行到一定時(shí)間，將 被放到隊(duì)列尾，第二個(gè)任務(wù)將繼續(xù)執(zhí)行，依次類推。雖然外部數(shù)據(jù)采集任務(wù)、 報(bào)警任務(wù)及系統(tǒng)控制任務(wù)都處于同一優(yōu)先級(jí)，但執(zhí)行子系統(tǒng)不一樣，完全可以 保證三個(gè)任務(wù)實(shí)時(shí)運(yùn)行。
優(yōu)先級(jí)最高的外部數(shù)據(jù)采集任務(wù)采用固定時(shí)間間隔策略來(lái)調(diào)度，它設(shè)立了 Wait等待函數(shù)，而且其實(shí)際執(zhí)行時(shí)間遠(yuǎn)小于其等待時(shí)間(250ms)，因此可以把 每個(gè)周期中剩余的時(shí)間留給低優(yōu)先級(jí)任務(wù)使用。同樣，動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù)保存等 任務(wù)也構(gòu)成了自己的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，任務(wù)也是順序執(zhí)行的。如果碰到高優(yōu)先級(jí)任 務(wù)，就會(huì)被掛起，直到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)運(yùn)行完成。
系統(tǒng)中的報(bào)警任務(wù)采用事件驅(qū)動(dòng)調(diào)度策略。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，報(bào)警任務(wù) 一直處于等待狀態(tài)，由系統(tǒng)控制任務(wù)模塊負(fù)責(zé)判斷是否滿足報(bào)警條件，如果滿 足報(bào)警條件，就設(shè)置報(bào)警事件；報(bào)警任務(wù)接收到報(bào)警事件后就會(huì)被激活，執(zhí)行 報(bào)警功能。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)沖擊試樣加工中心為多工藝環(huán)節(jié)、多工位轉(zhuǎn)換操作的一體化系 統(tǒng)，系統(tǒng)中綜合運(yùn)用了機(jī)、電、光、液壓和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量和 工藝過(guò)程的全自動(dòng)化，可完成從毛坯料到合格沖擊試樣產(chǎn)出的一次性自動(dòng)加工 過(guò)程。
本發(fā)明沖擊試樣的全自動(dòng)加工，毛坯銑削分料一試件表面加工一試件V型 缺口銑削。3個(gè)特征加工部分四鋸片銑刀分料銑削、高速平面銑削、V型缺 口成型銑削，分料銑削部分負(fù)責(zé)毛坯分料環(huán)節(jié)，將一塊大的毛坯件銑成三塊相 同大小的單試件坯件；高速銑削部分負(fù)責(zé)沖擊試樣四個(gè)平面的表面加工， 一次 加工6個(gè)工件；V型缺口銑削部分利用成型銑刀在試樣上加工V型缺口。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例沖擊試樣加工工藝流程及通訊、控制關(guān)系示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例集成控制系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
沖擊試樣自動(dòng)加工系統(tǒng)為多工藝環(huán)節(jié)、多工位轉(zhuǎn)換操作的一體化系統(tǒng)，系 統(tǒng)中綜合運(yùn)用了機(jī)、電、光、液壓和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量和工藝過(guò) 程的全自動(dòng)化，可完成從毛坯料到合格沖擊試樣產(chǎn)出的一次性自動(dòng)加工過(guò)程。
沖擊試樣的加工過(guò)程分為3道工藝環(huán)節(jié)毛坯銑削分料一試件表面加工一 試件V型缺口銑削。因此，相應(yīng)地把沖擊試樣加工中心總體結(jié)構(gòu)分成3個(gè)特征 加工部分，如圖.l所示四鋸片銑刀分料銑削、高速平面銑削、V型缺口成型 銑削，每個(gè)部分負(fù)責(zé)試樣的一類加工工藝環(huán)節(jié)。分料銑削部分負(fù)責(zé)毛坯分料環(huán) 節(jié)，將一塊大的毛坯件銑成三塊相同大小的單試件坯件；高速銑削部分負(fù)責(zé)沖 擊試樣四個(gè)平面的表面加工， 一次加工6個(gè)工件；V型缺口銑削部分利用成型 銑刀在試樣上加工V型缺口 。
如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由包含運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括PLC控制子系統(tǒng)及伺 服控制子系統(tǒng)，和視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的集成控制系統(tǒng)實(shí)行控制。虛擬儀器的軟件開(kāi)
發(fā)環(huán)境LabVIEW、 VISA (Virtual Instrument Software Architecture)函數(shù)庫(kù)以及 RTSI技術(shù)把PLC控制子系統(tǒng)、伺服控制子系統(tǒng)、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)有機(jī)地集成為 一體，形成了一套多任務(wù)調(diào)度策略軟件。
在沖擊試樣的加工流程中，PLC子系統(tǒng)控制著加工中心的大部分順序動(dòng) 作。伺服控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)加工中心各部分的進(jìn)給控制。系統(tǒng)中選用了美國(guó)NI 公司基于虛擬儀器技術(shù)的硬件PCI-7358 8軸運(yùn)動(dòng)控制卡與松下交流伺服系統(tǒng)搭 建硬件平臺(tái)，來(lái)控制刀具切削進(jìn)給以及工作臺(tái)變速定位運(yùn)動(dòng)；用LabVIEW軟 件編制了伺服系統(tǒng)的控制程序，使控制對(duì)象按照所期望的參數(shù)運(yùn)行。 沖擊試樣加工中心詳細(xì)的工藝流程及各環(huán)節(jié)與機(jī)械手的通訊關(guān)系如圖3所示。
集成控制系統(tǒng)是沖擊試樣加工中心的大腦，是實(shí)現(xiàn)沖擊試樣一體化自動(dòng)加 工的基礎(chǔ)。
系統(tǒng)的硬件主要是由計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和硬件接口模塊組成。計(jì)算機(jī)硬件平 臺(tái)可以是各種類型的計(jì)算機(jī)，是本硬件系統(tǒng)的主體，管理著系統(tǒng)的硬、軟件資 源，主要用來(lái)提供實(shí)時(shí)高效的數(shù)據(jù)處理性能。硬件接口模塊包括儀器硬件和各 種通用接口總線，主要用來(lái)采集、傳輸信號(hào)。接口硬件根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)接口總 線轉(zhuǎn)換輸入或輸出信號(hào)，供其它系統(tǒng)使用，在此基礎(chǔ)上組成以虛擬儀器為核心 的虛擬儀器系統(tǒng)。
應(yīng)用軟件是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。本發(fā)明的應(yīng)用軟件主要包括集成的開(kāi)發(fā)環(huán) 境、與儀器硬件的高級(jí)接口(I/0接口)、儀器驅(qū)動(dòng)程序。本發(fā)明采用虛擬儀器技 術(shù)的圖形化編程語(yǔ)言,編程簡(jiǎn)單、直觀、開(kāi)發(fā)效率高。
儀器驅(qū)動(dòng)程序是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中重要的組成部分之一，用來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器硬件的通信和控制功能。本發(fā)明采用的是美國(guó)NI公司的可互換虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)IVI， 能自由互換儀器硬件而無(wú)需修改測(cè)試程序，使程序的開(kāi)發(fā)完全獨(dú)立于硬件。
I/O接口軟件是系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)，用于處理計(jì)算機(jī)與儀器硬件間連接的底 層通信協(xié)議。當(dāng)今的虛擬儀器測(cè)試軟件都建立在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化I/O接口軟件組件 的通用內(nèi)核上，為用戶提供一個(gè)一致的、跨計(jì)算機(jī)平臺(tái)的應(yīng)用編程接口 (API)，使用戶的測(cè)試系統(tǒng)能選擇不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái)和儀器硬件。
集成控制系統(tǒng)監(jiān)控著系統(tǒng)的每一步動(dòng)作，貫穿于試樣加工的整個(gè)過(guò)程。集 成控制系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)需要對(duì)加工過(guò)程 中的各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行控制，而視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)則負(fù)責(zé)對(duì)試樣尺寸及形狀進(jìn)行檢測(cè)， 它們之間需要同步協(xié)調(diào)工作。
運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分為兩個(gè)部分 一部分為PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工件輸送、 裝夾定位等加工流程的順序控制；另一部分為伺服控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)刀具進(jìn)給精 度控制以及工作臺(tái)進(jìn)給控制。在試樣加工過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在某個(gè)動(dòng)作結(jié) 束時(shí)得實(shí)時(shí)觸發(fā)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)；視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)也要實(shí)時(shí)檢測(cè)試樣尺寸及形狀，
并及時(shí)把信息反饋給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，它們之間必須能實(shí)時(shí)通訊、協(xié)調(diào)工作。因 此，采用NI虛擬儀器技術(shù)來(lái)無(wú)縫地集成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。
在本發(fā)明中試樣從毛坯料到成品需要經(jīng)過(guò)分料、平面加工、銑V型缺口 3 個(gè)主要加工過(guò)程，PLC控制系統(tǒng)分成分料銑削環(huán)節(jié)、平面加工環(huán)節(jié)和V型缺 口銑削環(huán)節(jié)。
在分料控制環(huán)節(jié)中，毛坯的銑削分料由伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，PLC主要負(fù)責(zé)的是坯料 上料過(guò)程控制、分料結(jié)束后送料過(guò)程的控制。其工作過(guò)程如下PLC系統(tǒng)啟動(dòng) 后，機(jī)械手將坯料送到工作臺(tái)上；坯料料到位后，夾具夾緊坯料；啟動(dòng)伺服系 統(tǒng)開(kāi)始銑削分料，將一個(gè)毛坯料分為三塊等大小的坯料；分料銑削結(jié)束后，給 機(jī)械手取料信號(hào)，將分號(hào)的小料送入下道工序。
在V型缺口銑削控制環(huán)節(jié)中機(jī)械手送料到工作臺(tái)，接著對(duì)試樣進(jìn)行定位 整理；V型缺口銑床夾具夾緊試樣，同時(shí)啟動(dòng)銑床主軸電機(jī)；給運(yùn)動(dòng)控制卡一 個(gè)觸發(fā)信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制卡驅(qū)動(dòng)銑刀及工作臺(tái)動(dòng)作，在機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào) 下，對(duì)V形槽進(jìn)行銑削，直到滿足加工試樣精度要求。
PLC系統(tǒng)三個(gè)控制環(huán)節(jié)既相互獨(dú)立又相互制約。例如，當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)料區(qū)滿 時(shí)，系統(tǒng)就得讓機(jī)械手取料到銑削區(qū)，否則毛坯分料環(huán)節(jié)后續(xù)加工的試樣就無(wú) 處安放；但此時(shí)銑削區(qū)可能還在對(duì)前一批試樣進(jìn)行銑削，不允許機(jī)械手送料。 這就要求在分料銑削及平面銑削兩個(gè)控制環(huán)節(jié)之間必須有一個(gè)動(dòng)作協(xié)調(diào)性的設(shè)計(jì)，比如當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，應(yīng)該讓銑削分料環(huán)節(jié)停止動(dòng)作，直到第一儲(chǔ)料區(qū) 的試樣被機(jī)械手取走后再開(kāi)始工作。要實(shí)現(xiàn)三個(gè)控制環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)工作，就 要把一些條件信號(hào)采用邏輯關(guān)系式處理，使各個(gè)控制環(huán)節(jié)間某些不能同時(shí)進(jìn)行 的動(dòng)作"互鎖"，從而避免三個(gè)控制環(huán)節(jié)間的相互干擾。
PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間以及PLC與其他智能設(shè) 備間的通信。PLC與計(jì)算機(jī)可以直接或通過(guò)通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu) 成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換。在本發(fā)明中，松下FPO PLC利用專用電纜通過(guò) RS-232串口連接計(jì)算機(jī)，根據(jù)松下電工的通信協(xié)議(MEWTOCOL)在FPWIN GR的通信模板上配置串口通信參數(shù)，基于LabVIEW軟件及VISA函數(shù)庫(kù)開(kāi)發(fā) PLC的通信程序。
VISA(Virtual Instrument Software Architecture)是虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)體系 的簡(jiǎn)稱，是在所有LabVIEW平臺(tái)上控制VXI、 GPIB、 RS232以及其它種類儀 器的接口程序庫(kù)，是一種用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O應(yīng)用程序接口。 VISA標(biāo)準(zhǔn) 庫(kù)中有90多個(gè)與儀器物理接口類型無(wú)關(guān)的I/O操作函數(shù)，可以控制多種儀器 設(shè)備。它不僅提供了簡(jiǎn)單易用的控制函數(shù)集，而且提供了強(qiáng)大的儀器控制功能 與資源管理，能提供儀器間的互操作性與兼容性。
與C、 VC、 VB等語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的串行通信程序相比，LabVIEW在實(shí)現(xiàn)串行 通信及后續(xù)的分析、存儲(chǔ)和顯示等更為直觀、快捷，并且具有虛擬儀器的風(fēng) 格。LabV正W共有5個(gè)串行通訊節(jié)點(diǎn)，包括初始化端口、串口寫、串口讀、檢 測(cè)串口輸入緩存中的字節(jié)數(shù)、串口中斷等功能。用LabVIEW及VISA庫(kù)實(shí)現(xiàn) PLC串口通訊的步驟如下
(1) 初始化串口并設(shè)定PLC串口通訊協(xié)議所要求的各個(gè)參數(shù)；
(2) 對(duì)PLC數(shù)據(jù)幀進(jìn)行異或計(jì)算，得出BCC校驗(yàn)碼，并把包括BCC校驗(yàn) 碼的整個(gè)數(shù)據(jù)幀打包；
(3) 把整個(gè)命令幀發(fā)送到串口，延時(shí)等待PLC的應(yīng)答幀；
(4) 讀取PLC串口返回的應(yīng)答幀；
(5) 把PLC的應(yīng)答幀解包，并讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 本發(fā)明交流伺服驅(qū)動(dòng)單元有三種控制模式，即速度控制模式、位置控制模
式和轉(zhuǎn)矩控制模式。這三種控制模式的主要不同點(diǎn)在于所輸入的參考值不同， 它們所輸入的量分別是速度參考(模擬電壓)、位置參考(數(shù)字脈沖)、扭矩參 考(模擬電流)[36]。在本加工中心采用的松下交流伺服系統(tǒng)中，通過(guò)在伺服驅(qū)動(dòng) 器中進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)位置、速度和轉(zhuǎn)矩三種控制模式的切換。
系統(tǒng)中采用梯形加減速控制方式，運(yùn)動(dòng)部件能在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到給定的速度，并能在高速運(yùn)行中準(zhǔn)確定位，加工過(guò)程運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，沖擊小。
在本伺服系統(tǒng)中，上位控制器采用NI公司PCI-7358 8軸運(yùn)動(dòng)控制卡，伺 服驅(qū)動(dòng)單元選用松下Minas A4系列MBDDT2210交流伺服驅(qū)動(dòng)器。由于硬件 兼容性問(wèn)題，PCI-7358運(yùn)動(dòng)控制卡與松下伺服驅(qū)動(dòng)器無(wú)法直接連接，選用第三 方電機(jī)驅(qū)動(dòng)通用接口 UMI-7764，作為二者之間的連接橋梁。將運(yùn)動(dòng)控制卡的 68針運(yùn)動(dòng)I/O信號(hào)接到UMI-7764上，然后再把UMI-7764的輸出端信號(hào)與松 下伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，從而實(shí)現(xiàn)上位控制器對(duì)伺服電機(jī)的控制。 本發(fā)明軟件如圖3所示。
在圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW環(huán)境下，利用高效的測(cè)試控制直觀性圖形開(kāi) 發(fā)功能輔以NI-Motion運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)及Motion Assistant,極大的簡(jiǎn)化了伺服系統(tǒng) 軟件的編寫，縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期。
伺服系統(tǒng)軟件本伺服系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)工作臺(tái)的變速控制與刀具直線進(jìn)給位 置精度的控制，伺服程序只是作為控制集成系統(tǒng)的子程序而存在。故伺服程序 可分為以下幾個(gè)主要子模塊控制卡初始化程序、分料銑削控制程序(包括分 料工作臺(tái)變速運(yùn)動(dòng)子程序、分料銑刀運(yùn)動(dòng)軌跡控制子程序)、平面銑削程序 (包括砂輪對(duì)刀子程序、砂輪Z向與Y向進(jìn)給子程序)、V型缺口銑削程序 (包括V型缺口銑刀進(jìn)給子程序、工作臺(tái)變速運(yùn)動(dòng)子程序)、伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參 數(shù)設(shè)置程序、砂輪修磨程序、控制狀態(tài)顯示程序、伺服系統(tǒng)報(bào)警程序等。系統(tǒng) 的軟件結(jié)構(gòu)如圖.12所示。
在伺服軟件系統(tǒng)中，初始化程序、控制狀態(tài)顯示程序以及伺服報(bào)警程序只 是作為輔助程序而存在；最為重要的是運(yùn)動(dòng)控制模塊，它包含了試樣加工所需 要的全部伺服進(jìn)給程 序，直接決定著試樣加工的成敗。在此，簡(jiǎn)要介紹利用 LabVIEW及NI-Motion函數(shù)庫(kù)來(lái)設(shè)計(jì)伺服進(jìn)給程序的幾個(gè)步驟 U)初始化運(yùn)動(dòng)控制器，設(shè)置通道號(hào)以及軸號(hào)；
(2) 載入速度、加速度、減速度以及加減速模式等各種運(yùn)動(dòng)約束；
(3) 設(shè)置控制對(duì)象的位移模式，載入位移量(單位為脈沖)；
(4) 載入"運(yùn)動(dòng)開(kāi)始"程序模塊，伺服系統(tǒng)開(kāi)始動(dòng)作；
(5) 加載While lo叩循環(huán)，并在循環(huán)內(nèi)部導(dǎo)入"位移顯示"模塊及"判 斷運(yùn)動(dòng)是否結(jié)束"模塊，由后者來(lái)判斷系統(tǒng)是否運(yùn)行到指定位移，從而決定系 統(tǒng)是否停止運(yùn)動(dòng)；
(6) 載入"運(yùn)動(dòng)停止模塊"及"系統(tǒng)錯(cuò)誤處理"模塊。 本發(fā)明集成控制系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(包括PLC子系統(tǒng)與伺服子系統(tǒng))及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。要實(shí)現(xiàn)高效率、高精度的實(shí)時(shí)控制，就必須把運(yùn)動(dòng)控制 系統(tǒng)與視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)有機(jī)集成，它們之間必須能夠?qū)崟r(shí)通訊、同步協(xié)調(diào)運(yùn)行， 故利用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW及RTSI技術(shù)來(lái)無(wú)縫地集成系統(tǒng)。
本發(fā)明軟件必須能夠滿足實(shí)時(shí)采集外部信號(hào)、控制指令實(shí)時(shí)輸出、系統(tǒng)報(bào) 警、加工過(guò)程監(jiān)視等要求。本發(fā)明根據(jù)Windows系統(tǒng)及LabVIEW軟件的多線 程機(jī)制，建立沖擊試樣加工中心集成系統(tǒng)控制軟件的多線程模型，將系統(tǒng)中管 理、控制功能實(shí)現(xiàn)分作若干個(gè)模塊，分別置于獨(dú)立的線程中。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的 要求，將系統(tǒng)控制軟件分成以下模塊硬件初始化模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、外部 信號(hào)采集模塊、系統(tǒng)控制模塊、故障診斷模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示 模塊。
實(shí)際上，系統(tǒng)控制模塊是軟件系統(tǒng)的調(diào)度核心，該模塊每循環(huán)一次就對(duì)外 部輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果調(diào)用對(duì)應(yīng)的子任務(wù)；而不受它控制的任務(wù) 則作為并行的子任務(wù)運(yùn)行。系統(tǒng)工作過(guò)程中的許多子任務(wù)都不是簡(jiǎn)單的順序控 制，而是多任務(wù)并行的控制過(guò)程，故必須在軟件系統(tǒng)中進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度研究、 設(shè)計(jì)合理的多任務(wù)調(diào)度策略，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性。
LabV正W RT通過(guò)將LabVIEW圖形化編程環(huán)境和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的巧妙結(jié)
合，提供了一個(gè)非常方便的開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的途徑。
對(duì)于本發(fā)明通過(guò)合理利用Windows XP系統(tǒng)的搶占式多任務(wù)的調(diào)度功能， 配合LabVIEW軟件的多任務(wù)編程技術(shù)，采用合理的調(diào)度策略，保證系統(tǒng)的實(shí) 時(shí)性。在本集成控制系統(tǒng)中，控制軟件主要實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)實(shí)時(shí)任務(wù)
(1) 外部數(shù)據(jù)采集任務(wù)外部數(shù)據(jù)采集任務(wù)需要實(shí)時(shí)捕捉到PLC的各端口 狀態(tài)的變化，并及時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制模塊進(jìn)行處理，故其優(yōu)先級(jí)最高。
(2) 系統(tǒng)控制任務(wù)對(duì)外部輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果 馬上輸出控制信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)的子任務(wù)。對(duì)緊急任務(wù)的控制，優(yōu)先級(jí)與外部數(shù) 據(jù)采集任務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同。非緊急的控制任務(wù)優(yōu)先級(jí)次之。
(3) 報(bào)警任務(wù)報(bào)警任務(wù)并不經(jīng)常發(fā)生，產(chǎn)生故障信號(hào)時(shí)，必須實(shí)時(shí)處 理，所以其優(yōu)先級(jí)必須設(shè)為最高。
(4) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)及數(shù)據(jù)保存任務(wù)集成系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)包括 PLC、伺服及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)顯示，試樣尺寸及圖像顯示等。這個(gè)任 務(wù)是非時(shí)間臨界的，所以其優(yōu)先級(jí)低于外部數(shù)據(jù)采集等任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。數(shù)據(jù)保 存在務(wù)僅僅是保存一些加工數(shù)據(jù)，其優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低。
系統(tǒng)中的報(bào)警任務(wù)采用事件驅(qū)動(dòng)調(diào)度策略。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，報(bào)警任務(wù) 一直處于等待狀態(tài)，由系統(tǒng)控制任務(wù)模塊負(fù)責(zé)判斷是否滿足報(bào)警條件，如果滿足報(bào)警條件，就設(shè)置報(bào)警事件；報(bào)警任務(wù)接收到報(bào)警事件后就會(huì)被激活，執(zhí)行 報(bào)警功能。
為了使整個(gè)集成系統(tǒng)具備適當(dāng)?shù)墓δ?，多個(gè)任務(wù)中的信息變化、傳輸必須 是有序的，它們之間的數(shù)據(jù)傳輸可以使用局部變量和全局變量，但其占系統(tǒng)資 源較大，要慎重使用，否則就會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
對(duì)視覺(jué)檢測(cè)的技術(shù)要求
夏比沖擊試驗(yàn)所需的試樣的尺寸、形狀、表面質(zhì)量及形位公差由伺服控 制、夾具和定位裝置保證，視覺(jué)系統(tǒng)主要對(duì)銑削V型缺口后的沖擊試樣進(jìn)行尺 寸和形狀檢測(cè)，為控制系統(tǒng)提供運(yùn)動(dòng)控制和加工狀態(tài)及質(zhì)量的監(jiān)控信息。V型 缺口的測(cè)量參數(shù)為-
(1) 角度的測(cè)量，首先采用采用耙形區(qū)域搜索擬合V形夾角口的兩邊， 采用四點(diǎn)測(cè)角度得到要測(cè)的角度值。
(2) 底部圓弧半徑的測(cè)量，通過(guò)輻射搜索來(lái)擬合并且得到圓心的坐標(biāo)和 圓弧的半徑圖像距離。
(3) 深度的測(cè)量，測(cè)量底部圓弧的最低點(diǎn)與零件邊緣之間的距離。 在執(zhí)行測(cè)量的過(guò)程中進(jìn)行3次測(cè)量求取平均值作為測(cè)量結(jié)果，程序框圖見(jiàn)附 錄。在實(shí)際操作過(guò)程中，如果需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或顯示試樣尺寸及實(shí)際圖 像，用戶僅需要點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的按鈕，操作非常簡(jiǎn)便、直觀。以分料銑削參數(shù)設(shè)置 為例，當(dāng)系統(tǒng)控制軟件處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，點(diǎn)擊"分料銑削參數(shù)設(shè)置"按鈕，就 可以跳出如圖.19所示的參數(shù)設(shè)置界面，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要任意更改面板 上的參數(shù)，進(jìn)行保存保存、退出設(shè)置面板后，集成控制系統(tǒng)就會(huì)按照所設(shè)置的 參數(shù)運(yùn)行。
權(quán)利要求
1. 金屬?zèng)_擊試樣自動(dòng)化加工裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括PLC子系統(tǒng)與伺服子系統(tǒng)及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成；利用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW及RTSI技術(shù)來(lái)無(wú)縫地集成系統(tǒng)各部分之間能夠?qū)崟r(shí)通訊、同步協(xié)調(diào)運(yùn)行；在加工流程中，PLC子系統(tǒng)控制著加工中心的大部分順序動(dòng)作；本發(fā)明利用FPO系列C32T可編程控制器，進(jìn)行I/O分配，并搭建信號(hào)輸入電路、輸出負(fù)載電路；設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)控制流程圖，進(jìn)而在FPWTN GR編程環(huán)境上編制梯形圖、調(diào)試；基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)PLC與外部通信的程序；伺服控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)加工中心各部分的進(jìn)給控制，系統(tǒng)中虛擬儀器技術(shù)的硬件PCI-7358 8軸運(yùn)動(dòng)控制卡與交流伺服系統(tǒng)搭建硬件平臺(tái)，控制刀具切削進(jìn)給以及工作臺(tái)變速定位運(yùn)動(dòng)；用LabVIEW軟件編制了伺服系統(tǒng)的控制程序，使控制對(duì)象按照所期望的參數(shù)運(yùn)行；根據(jù)不同的控制要求，分別在速度控制模式和位置控制模式下控制伺服電機(jī)，通過(guò)整定PID參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到較好的運(yùn)動(dòng)性能；虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境LabVIEW、VISA(Virtual InstrumentSoftware Architecture)函數(shù)庫(kù)以及RTSI技術(shù)把PLC控制子系統(tǒng)、伺服控制子系統(tǒng)、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)有機(jī)地集成為一體，形成了一套多任務(wù)調(diào)度策略軟件；系統(tǒng)配有方便、實(shí)用的人機(jī)交互界面，操作技術(shù)人員可通過(guò)微機(jī)對(duì)測(cè)控功能簡(jiǎn)單的操作實(shí)現(xiàn)沖擊試樣的全自動(dòng)加工；所述的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)完成工件的尺寸和形狀的在線檢測(cè)，不同環(huán)節(jié)的檢測(cè)結(jié)果作為加工參數(shù)和質(zhì)量控制重要信息。
2. 如權(quán)利要求1所述金屬?zèng)_擊試樣自動(dòng)化加工裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，系 統(tǒng)的集成與通信為以LabVIEW軟件為連接橋梁有機(jī)集成了 PLC技術(shù)、運(yùn)控技術(shù)和視覺(jué)技術(shù)；利用LabVIEW輔以Motion運(yùn)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)編寫伺服系統(tǒng)軟件，并 實(shí)現(xiàn)不同硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸；輔助實(shí)現(xiàn)控制器與圖像采集卡間的相互觸 發(fā)；設(shè)計(jì)集成控制系統(tǒng)交互式軟件操作界面，簡(jiǎn)化操作與控制系統(tǒng)的信息管 理；采集PLC各端口的狀態(tài)值以及PLC與伺服控制器之間相互傳輸?shù)囊恍┛?制指令，采用端到端的數(shù)據(jù)指令傳輸模式；選擇了PC機(jī)的RS-232串口作為 PLC與運(yùn)動(dòng)控制器數(shù)據(jù)交換的通道；LabVIEW軟件中的VISA庫(kù)，提供了針對(duì)串口通信的完整功能的組件， 有5個(gè)串口通信節(jié)點(diǎn)，分別實(shí)現(xiàn)串口設(shè)置、串口讀、串口寫、串口緩存檢測(cè) 和串口暫停等功能，能方便地規(guī)定主機(jī)串口地址、從機(jī)地址、傳送的數(shù)據(jù)量 及一幀串行數(shù)據(jù)的格式等；把PLC通過(guò)串口傳輸回來(lái)的命令通過(guò)專門算法轉(zhuǎn) 換成布爾值驅(qū)動(dòng)控制器控制伺服進(jìn)給；伺服進(jìn)給到位后也是通過(guò)串口給PLC 控制指令；PLC系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)間的通信基本是靠VISA庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的；RTSI (Real-Time System Integration)總線提供NI硬件產(chǎn)品之間的 高速鏈接，實(shí)現(xiàn)硬件之間的實(shí)時(shí)觸發(fā)，通過(guò)RTSI總線可以方便地將運(yùn)動(dòng)控 制、數(shù)據(jù)采集、圖像采集裝置的多個(gè)功能同步到一個(gè)觸發(fā)器或時(shí)間事件上；系統(tǒng)中采用的PCI-7358運(yùn)動(dòng)控制器和PCI-1409圖像采集卡都配有 RTSI總線接口 ，通過(guò)RTSI總線實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制與視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)間的觸發(fā)信號(hào) 共享，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制與圖像采集的同步，從而有效地將它們整合成一個(gè)多功 能集成系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述金屬?zèng)_擊試樣自動(dòng)化加工裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，系 統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)為根據(jù)Windows系統(tǒng)及LabVIEW軟件的多線程機(jī)制，建立沖擊試樣加工中心 集成系統(tǒng)控制軟件的多線程模型，將系統(tǒng)中管理、控制功能實(shí)現(xiàn)分作若干個(gè) 模塊，分別置于獨(dú)立的線程中；根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的要求，將系統(tǒng)控制軟件分成 硬件初始化模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、外部信號(hào)采集模塊、系統(tǒng)控制模塊、故障 診斷模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示模塊；集成控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制模塊是軟件系統(tǒng)的調(diào)度核心，該模塊每循環(huán)一次就對(duì)外部輸入 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果調(diào)用對(duì)應(yīng)的子任務(wù)；而不受它控制的任務(wù)則作 為并行的子任務(wù)運(yùn)行；系統(tǒng)工作過(guò)程中的許多子任務(wù)都不是簡(jiǎn)單的順序控 制，而是多任務(wù)并行的控制過(guò)程，故必須在軟件系統(tǒng)中進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度研 究、設(shè)計(jì)合理的多任務(wù)調(diào)度策略，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性；LabVIEW RT通過(guò)將LabVIEW圖形化編程環(huán)境和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的巧妙結(jié) 合，提供了一個(gè)非常方便的開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的途徑；本發(fā)明利用Windows XP系統(tǒng)的搶占式多任務(wù)的調(diào)度功能，配合LabVIEW軟件的多任務(wù)編程技 術(shù)，采用合理的調(diào)度策略，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；在本集成控制系統(tǒng)中，控 制軟件主要實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)實(shí)時(shí)任務(wù)(1) 外部數(shù)據(jù)采集任務(wù)外部數(shù)據(jù)采集任務(wù)需要實(shí)時(shí)捕捉到PLC的各端 口狀態(tài)的變化，并及時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)控制模塊進(jìn)行處理，故其優(yōu)先級(jí)最 高；(2) 系統(tǒng)控制任務(wù)對(duì)外部輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié) 果馬上輸出控制信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)的子任務(wù)；對(duì)緊急任務(wù)的控制，優(yōu)先級(jí)與外 部數(shù)據(jù)采集任務(wù)的優(yōu)先級(jí)相同；非緊急的控制任務(wù)優(yōu)先級(jí)次之；(3) 報(bào)警任務(wù)報(bào)警任務(wù)并不經(jīng)常發(fā)生，產(chǎn)生故障信號(hào)時(shí)，必須實(shí)時(shí)處 理，所以其優(yōu)先級(jí)必須設(shè)為最高；(4) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)及數(shù)據(jù)保存任務(wù)集成系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)包 括PLC、伺服及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)顯示，試樣尺寸及圖像顯示等； 這個(gè)任務(wù)是非時(shí)間臨界的，所以其優(yōu)先級(jí)低于外部數(shù)據(jù)采集等任務(wù)的優(yōu)先 級(jí)；數(shù)據(jù)保存任務(wù)僅僅是保存一些加工數(shù)據(jù)，其優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低；LabVIEW環(huán)境下的多任務(wù)作為數(shù)據(jù)流編程語(yǔ)言的LabVIEW能很好地支 持多任務(wù)編程；LabVIEW中多任務(wù)最典型的例子就是獨(dú)立的While循環(huán)；多任務(wù)調(diào)度策略"在開(kāi)發(fā)LabVIEW平臺(tái)上的多任務(wù)應(yīng)用程序過(guò)程中，本 發(fā)明根據(jù)優(yōu)先級(jí)的設(shè)置和執(zhí)行系統(tǒng)的選擇，結(jié)合固定時(shí)間間隔調(diào)度、實(shí)時(shí)事 件驅(qū)動(dòng)，制定了一套多任務(wù)調(diào)度策略；基于LabVIEW多任務(wù)調(diào)度策略的可行性和易操作性，把上述的多任務(wù)調(diào) 度策略成功應(yīng)用到了LabVIEW平臺(tái)上的控制系統(tǒng)；在本發(fā)明中選擇了4個(gè)執(zhí)行 子系統(tǒng)，使用了3個(gè)優(yōu)先級(jí)；考慮到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，外部數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)報(bào)警任務(wù)及系統(tǒng)控制任 務(wù)的優(yōu)先級(jí)都設(shè)置為High Priority;動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)為Above Normal Priority;數(shù)據(jù)保存任務(wù)的優(yōu)先級(jí)為Normal Priority;在運(yùn)行過(guò)程 中，選擇了High Priority優(yōu)先級(jí)的任務(wù)將順序執(zhí)行，第一個(gè)任務(wù)執(zhí)行到一 定時(shí)間，將被放到隊(duì)列尾，第二個(gè)任務(wù)將繼續(xù)執(zhí)行，依次類推；雖然外部數(shù) 據(jù)采集任務(wù)、報(bào)警任務(wù)及系統(tǒng)控制任務(wù)都處于同一優(yōu)先級(jí)，但執(zhí)行子系統(tǒng)不 一樣，完全可以保證三個(gè)任務(wù)實(shí)時(shí)運(yùn)行；優(yōu)先級(jí)最高的外部數(shù)據(jù)采集任務(wù)采用固定時(shí)間間隔策略來(lái)調(diào)度，它設(shè)立 了Wait等待函數(shù)，而且其實(shí)際執(zhí)行時(shí)間遠(yuǎn)小于其等待時(shí)間(250ms)，因此可 以把每個(gè)周期中剩余的時(shí)間留給低優(yōu)先級(jí)任務(wù)使用；同樣，動(dòng)態(tài)顯示、數(shù)據(jù) 保存等任務(wù)也構(gòu)成了自己的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，任務(wù)也是順序執(zhí)行的；如果碰到高 優(yōu)先級(jí)任務(wù)，就會(huì)被掛起，直到高優(yōu)先級(jí)任務(wù)運(yùn)行完成；系統(tǒng)中的報(bào)警任務(wù)采用事件驅(qū)動(dòng)調(diào)度策略。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，報(bào)警任 務(wù)一直處于等待狀態(tài)，由系統(tǒng)控制任務(wù)模塊負(fù)責(zé)判斷是否滿足報(bào)警條件，如 果滿足報(bào)警條件，就設(shè)置報(bào)警事件；報(bào)警任務(wù)接收到報(bào)警事件后就會(huì)被激 活，執(zhí)行報(bào)警功能。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)金屬?zèng)_擊試樣自動(dòng)化加工裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括PLC子系統(tǒng)與伺服子系統(tǒng)及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。利用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW及RTSI技術(shù)來(lái)無(wú)縫地集成系統(tǒng)各部分之間能夠?qū)崟r(shí)通訊、同步協(xié)調(diào)運(yùn)行。在加工流程中，PLC子系統(tǒng)控制著加工中心的大部分順序動(dòng)作。伺服控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)加工中心各部分的進(jìn)給控制，系統(tǒng)中虛擬儀器技術(shù)的硬件PCI-7358 8軸運(yùn)動(dòng)控制卡與交流伺服系統(tǒng)搭建硬件平臺(tái)，控制刀具切削進(jìn)給以及工作臺(tái)變速定位運(yùn)動(dòng)；系統(tǒng)配有方便、實(shí)用的人機(jī)交互界面，操作人員可通過(guò)微機(jī)對(duì)測(cè)控功能簡(jiǎn)單的操作，實(shí)現(xiàn)試樣的全自動(dòng)加工。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)完成工件的尺寸和形狀的在線檢測(cè)，不同環(huán)節(jié)的檢測(cè)結(jié)果作為加工參數(shù)和質(zhì)量控制重要信息。
文檔編號(hào)G05B19/18GK101446818SQ20081020968
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者杰 劉, 周立富, 周立民, 張殿英, 林寅彬, 王長(zhǎng)利, 俊 黃 申請(qǐng)人:齊齊哈爾華工機(jī)床制造有限公司;哈爾濱工業(yè)大學(xué)