利用LABVIEW及VC的焊机控制系统的实现.doc

本文由lordsunwen贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 30 卷第 3 期 2004 年 5 月 中国测试技术 CHINA MEASUREMENT TECHNOLOGY 利用 LABVIEW 及 VC 的焊机控制系统的实现 陈 ,方宇栋 ,郭清华 嘉 ( 上海大学机电工程与自动化学院 ,上海 200436) 摘 :随着计算机和总线技术的发展 ,越来越多的科学家和工程师采用基于 PC 的数据采集 (Data Acquisition) 系统 要 来完成实验室和工业控制的测试测量任务 。 LABVIEW 作为一个图形化编程软件 ,是进行数据采集和控制系统的一 种功能强大 、 方便快捷的编程工具 。而应用 VC 、 、 VB Delphi 等通用的编程语言来实现工控编程较复杂 ,但是对于与 VC 的混合编程来实现焊接操作的数据采集和控制 。 底层的接口 ,应用 VC 来实现较为方便 。在国内 LABVIEW 和 VC 的混合编程论述较少 ,本文就是应用 LABVICW 和 关键字 :LABVIEW ;VC ; 数据采集 ; 焊接 中图分类号 :TP274 12 文献标识码 :A 文章编号 :167224984 (2004) 0320039203 + Weld control system based on LABVIEW and VC Abstract :Labview is a graphic programmable software , which is a excellent programmable tool in the field of program in the field of industry , but it is effective to use VC when communicating with Computer Operation System1 It is seldom to use Labview to program as well as VC in China1 This paper describes how to realize data acquisition and control of welding with Labview and VC1 Key words :LABVIEW ;VC ;Data acquisition ;Welding 1 LABVIEW 简介 LABVIEW 是美国国家仪器公司 ( NI) 在 1986 年 推出的虚拟仪表编程语言 ,是目前应用最广 、 发展最 快、 功能最强的图形化软件开发集成环境 。作为编 程语言 ,LABVIEW 语言定义了数据模型 、 结构类型 和模块调用语法规则等编程语言的基本要素 , 在功 能完整性和应用灵活性上丝毫不逊于任何高级语 言 ,同时它还提供单步执行 、 数据探针 、 数据流等调 试方式 。 LABVIEW 在包括航空 、 航天 、 汽车 、 半导体 和生物学等世界范围的众多领域内得到了广泛应 用 。从简单的仪器控制到尖端的测试 、 数据采集和 工 业 自 动 化 , 都 可 发 现 LABVIEW 开 发 的 产 品 。 LABVIEW 已成为测试与测量领域的工业标准 , 通过 GPIB 、 、 、 VXI PLC 串行设备和插步式数据采集板可以 构成实际的数据采集系统 。同时它提供了工业界最 收稿日期 :2003208209 ; 收到修改稿日期 :2003210203 complete measurement in library and industrial control1 It is complex to use VC 、 and Delphi realizing VB data acquisition and control system1 Now more and more scientists and engineers use data acquisition system to CHEN Jia , FANG Yu2dong , G Qing2hua UO ( School of Mechanical and Automation ,Shanghai University ,Shanghai ,200436 ,China) 大的 仪 器 驱 动 程 序 库 , 同 时 还 支 持 通 过 Internet 、 ActiveX 、 DDE 和 SQL 等交互式通讯方式实现数据采 集共享 ,它提供的众多开发工具使复杂的测试与测 量任务变得简单易行 。 2 可行性分析 本焊机主要由焊接电源 、 电气控制系统 、 操作系 ( 包括焊接主 、 )、 统、 真空系统 副室抽空系统 床身 、 上 下料机构部分组成 。用 LABVIEW 和 VC 混合编程 实现对焊机的全自动控制 ,首先是自动上料 ,通过料 架上的传感器检测料架上是否有棒料 。若无棒料 , 那么发出报警声 ; 若有棒料 ,则通过机械手的气爪抓 住棒料 ,并用计算机控制机械手运动 ,并用条码器读 出棒料编号 。然后用机械手把棒料送进焊接小室并 夹紧 。抽真空 ,用计算机检测是否达到真空度 ,如果 真空度未达到 615Pa , 继续抽真空 , 直到达到为止 。 然后开始以一定的流量充入氩气 , 为焊接作装备 。 用电机控制焊枪 ,伸入焊接小室 ,使其距离焊缝达到 Vol130 13 No May ,2004 40 中国测试技术 2004 年 5 月 一定的要求 ,然后进行焊接 。焊接过程中还用升降 云台控制摄像头进行摄像 、 录音 ,便于以后查询以及 事故分析 。焊接时采用高频起弧 , 起弧和维弧电流 不得大于 2A ,焊接电压小于 25V 。焊接曲线按时间 分段设置 ,焊接时要求实时测试焊接曲线 ,并能在计 算机界面上具有示波器实时显示出峰值电流 、 基值 电流 、 实际焊接电流电压曲线 。若在焊接过程中出 现电流电压过高时 ,会弹出对话框 ,同时给出语音警 告 ,并自动停止焊接操作 。所有焊接参数均可采用 计算机操作方式设置 ,实际焊接参数可采样显示 、 贮 存和打印 。焊接完毕可以循环检测关机信号 , 若检 测到了进行关机 。 采用 LABVIEW 能实现焊机自动控制的要求 。 因为 LABVIEW 程序具有前面板人机界面和方块图 两个部分 。前面板可以模拟真实仪器的面板操作 , 方块图部分可以传送前面板指定的命令参数到仪器 执行相应的操作 。在焊机控制中要进行电压电流以 数据的采集 。一般情况下 , 数据采集完成的任务是 把被检测的模拟信号转换成数字信号 , 并由计算机 加工处理 ,以便进行控制显示或打印 。在物理过程 中 ,往往有许多物理参数需要测量和控制 , 如压力 、 温度 、 、 位移 电压和电流等 , 经传感器将这些物理量 变成电量 ,再由变送器转换成统一的标准信号 ,送入 模拟输入通道 ,并进转换器转换成数字量送计算机 。 计算机便可将这些数据进行处理 , 将控制量送入模 拟量输出通道 ,转换成标准信号驱动执行机构 ,对物 理过程施加控制 。在同步采样的过程中 , 为了克服 分时采样带来的误差 , 而且各通道的采保电路受同 一信号控制 ,保证各通道参数在同一时刻被采样 ,常 采用如图 1 所示的电路结构 : 3 具体方案的提出 NI 公司的各种 E 系列数据采集仪器能在高性 能严格的操作下 , 甚至是高增益高采样率的情况下 完成精确 、 可靠的测量 。NI 公司提供了一整套 PCI 总线的多功能 DAQ 板卡 ,这些板卡采用快速离散式 总线技术控制整个系统 , 并采用 MITE ANSI 保证非 并行 DAQ 性能和测量精确度 。用 LABVIEW 开发的 基于 NI 公司数据采集卡的数据采集软件可以实现 同步数据采集 、 数据贮存 、 数据显示分析的功能 。在 这可以用 D 输出一个持续变化的焊接电流电压 A 由以分析 , 焊机要用到数据模拟输出 、 模拟输 入、 数字 I 口 , 对于 I 口 , 我们采用 NI 公司的 O O 8255 系列的 6503 可编程外围数字口 。该口是 24 位 数字口 ,由三个 8 位端口组成 ;A 、 、 口 。每个口可 B C 编程作为输入输出口 ,其中 A 口 B 口总是作为数字 I 口 。而 C 口既可作 I 也可作握手口 。24 位 I O O O 口中用其中一位作为关机信号 , 其它 I 口作为 O 它用 。若循环检测到高电平 , 那么调用关机程序进 行关机 。因为用 LABVIEW 编制关机程序较困难 ,所 以 在 这 里 用 VC 编 制 。然 后 用 LABVIEW 调 用 Windows API 函数 ,再调用编制的 VC 关机程序 。 对于焊接电流电压的输入输出 。我们采用了 NI 公司的 E 系列数据采集设备中的 6024E 板卡 , 该 板卡采用 PCI 、 PCMCIA 总线 、 路单端或 8 路双端 16 模拟 输 入 、 样 率 是 12Samples 、 入 分 辨 率 为 采 s 输 12Bits 、 输入电压范围为 、 路模拟输出 、 10V 2 输出 分辨率为 12Bits 、 8 路数字 I 、 路计数器 由 O 2 定时 器组成 。在这用 21 口作为电流输出口 、 口作为 33 电压输入口 、 口作为电流以输入口 , 其它口作为 68 它用 。在焊接过程中 ,通过 D 输入一条连续的波 A 形曲线 ,通过 A 采集显示焊接电流电压曲线 。 D 对于 焊 枪 我 们 用 三 个 新 加 坡 尖 端 自 动 化 的 SM2315 系列的 Smartmotor 电机来进行 XYZ 三个方 波形曲线 ,同时用模拟输入 A 采集焊接电流电压 D 值 ,它们同样是一条连续变化的波形曲线 。可以将 采集的电流电压值进行存盘 , 以便以后分析比较 。 对于关机信号可以利用数字 I 口 , 若检测到它是 O 高电平则触发关机程序进行关机 。 向的控制 。该系列电机由 7 针 D 型电源和 I 接口 O 以及 15 针 D 型 I 口组成 。计算机和 Smartmotor 以 O 及 Smartmotor 之间采用串行 RS2232 进行连接 , 多个 Smartmotor 电机可以连接到单个 RS2232 端口 , 这样 的电机最多可连 120 个 。计算机和三个 Smartmotor 电机连接方式如图 2 所示 。 第 30 卷第 3 期 陈 嘉等 : 利用 LABVIEW 及 VC 的焊机控制系统的实现 41 利用 Smartmotor 自带的 SMI 软件我们可以编写 电机运动控制程序 ,然后用 LABVIEW 编程与电机进 行数据交互 ,从而调整焊枪与焊缝之间的距离 。 4 程序编制 如上所述 ,本焊机是一个复杂的系统 ,程序编制 较为复杂 。这里列出了 LABVIEW 控制焊机焊接操 作时的程序以及用 LABVIEW 调用的 VC 关机程序 。 首先 , 编写焊接操作程序 : 根据参数设定表格 , 通过 D 输入一条连续的焊接电流电压波形曲线 , A 同时通过 A 采集焊接电流电压 , 比较输入输出 D 值 ,看是否在误差范围之内 。若不在终止焊接操作 ; 若在 ,在计算机界面上显示焊接电流电压 、 所设峰值 电流 、 基值电流曲线 , 同时进行存盘处理 , 贮存焊接 棒料号 、 加工时间日期 、 各个时间段的电流电压值 。 存盘后若需要可以根据棒料编号和加工时间进行升 序降序查询 。程序如下 : ( 上接第 65 页) 其次 ,用 VC 编写关机程序 , 这里主要调用了 Windows API 函数 ,关键代码如下 : HANDLE hT oken ; TOKEN- PRIVILEGES TP ; Open Process T oken ( G Current ProcessO , T et OKEN AD JUST PRIVI LEGES| T OKEN QUERY,& oken ) ; hT (NULL , SE SHUT Look up Privilege Value DOW N 等 ,在退出时恢复缺省的 Excel 界面 。 4 特点与应用前景 利用 Excel 及其内置 VBA 进行开发 , 具有明显 的优点 : 大大缩短开发周期 , 只需编写极少的代码即可 很好地完成工作 ; 简化了程序设计及其适应性研究与维护 ; 操作人员只需了解 Excel 的简单应用即可 ; NAME , & 1Privileges01 Luid) ; TP 1PrivilegeCount = 1 ; TP TP1Privileges 0 1 Attributes = SE PRIVI LEGE ENABLED ; Adjust T oken Privileges ( hT oken , FALSE , &TP , 0 , NULL , 0) ; Exit Windows Ex ( EWX SHUT DOW | EWX N POWEROFF , 0) ; 然后在 LABVIEW 中调用 VC 程序 。在程序中 用了 Windows 的 ShellExecuteEx 函数 ,因在 SDK 中字 符有 Unicode 和 ANSI 两种形式 , 从而导致了 API 函 数的这两种形式 ,这里用了 ShellExecuteExA 的形式 。 该程序通过 I 口检测到机关机信号延时十秒 , 报 O 警关闭所有窗口关机 。程序如下 : 5 结束语 利用 LABVIEW 和 VC 的混合编程来实现焊接 操作与关机控制取得了令人满意的效果 。用户可以 随时调出以前的焊接记录 , 可以显示出以前设定参 数的曲线以及实际的焊接曲线