基于labview的压壳fitting装配与检测系统设计

本科毕业设计（论文）题目基于LABVIEW的压壳FITTING装配与检测系统设计学院电气与自动化工程学年级2012级专业测控技术与仪器班级学号学生姓名校内导师职称副教授校外导师职称论文提交日期20160420基于LABVIEW的压壳FITTING装配与检测系统设计摘要随着发动机性能的不断强化和废气排放温度的升高，增压器对压壳装配技术以及各个部分的装配精度都有了更高的要求。涡轮增压器是一个高功率、低排量的装置，正被运用到越来越多的机器中，所以现在对涡轮增压器的需求量也越来越大。针对目前的形式，提高对涡轮增压器的装配技术以及装配精度必将成为涡轮增压器装配的重要发展方向。为了提高系统对装配过程中变化的适应能力，加强装配系统的实用性，本课题将结合涡轮增压器压壳的特点，集成应用S7300PLC、OPC、LABVIEW等相关技术，设计出对增压器压壳组件的装配与检测系统，来实现更高效的装配任务。本课题将主要研究如何有效地装配压壳的以下组件直管（STRAIGHTPIPE）、弯管（ELBOW）、定位销（ORIENTATIONPIN）。经实践证明，本文设计的压壳组件的装配与检测系统提高了装配效率以及质量，有效地降低了生产中的损耗，间接地提高了产业效益。该设计也在实际应用过程中满足了现实需求。关键词压壳S7300PLCLABVIEWOPCTHEPRESSURESHELLFITTINGASSEMBLYANDTESTINGSYSTEMBASEDONLABVIEWDESIGNABSTRACTWITHTHECONTINUOUSSTRENGTHENINGOFENGINEPERFORMANCEANDEMISSIONS,THERISEOFTEMPERATUREOFPRESSURESHELLASSEMBLYTECHNOLOGY,ANDTHEFITTINGPRECISIONOFTHEPARTSHAVEHIGHERREQUIREMENTSTURBOCHARGERISAHIGHPOWER,LOWEMISSIONS,BEINGUSEDINMOREANDMOREMACHINES,SOTHEDEMANDOFTHETURBOCHARGERISALSOALSOGROWINGINVIEWOFTHEPRESENTFORM,IMPROVETHEASSEMBLYTECHNOLOGYANDASSEMBLYPRECISIONOFTHETURBOCHARGERWILLBECOMEANIMPORTANTDEVELOPINGDIRECTIONOFTHETURBOCHARGERASSEMBLYINORDERTOIMPROVETHEABILITYOFTHESYSTEMTOADAPTTOCHANGESINTHEASSEMBLYPROCESS,STRENGTHENTHEPRACTICALITYOFTHEASSEMBLYSYSTEM,THISTOPICWILLCOMBINETHECHARACTERISTICSOFPRESSURESHELLOFTHETURBOCHARGER,THEINTEGRATEDAPPLICATIONOFS7300PLC,OPC,LABVIEWANDOTHERRELATEDTECHNOLOGY,DESIGNOFPRESSURESHELLCOMPONENTSASSEMBLYANDTESTINGSYSTEM,TOACHIEVEMOREEFFICIENTASSEMBLYTASKTHISTOPICWILLMAINLYSTUDYHOWTOEFFECTIVELYASSEMBLINGPRESSURESHELLOFTHEFOLLOWINGCOMPONENTSSTRAIGHTPIPE、ELBOW、ORIENTATIONPINKEYWORDSTURBOCHARGERS7300PLCLABVIEWOPCPROFIBUSDPIMAGEPROCESSING目录11研究背景71绪论712研究意义813研究的主要内容914本章小结102系统方案设计1021系统设计概述1022系统装配组件介绍1123系统生产要求1124系统工作流程1525本章小结183系统硬件介绍1831S7300PLC介绍1932JANOME压机19321单元型伺服压机19322系统构成2033系统硬件分析22331压机系统信息收发概要22332驱动控制23333运动控制23334IO控制2434本章小结254虚拟仪器技术概述2541虚拟仪器技术简介2542LABVIEW图形化编程的组成和特点2643利用LABVIEW软件实现通信26431LABVIEW的VISA通信27432LABVIEW的DATASOCKET通信28433LABVIEW的OPC通信3044本章小结315人机界面与检测技术设计3251人机界面设计3252软件功能设计34521系统参数设置34522人员管理35523数据的查询以及数据的保存36523压机控制以及压机数据回读37523控制打标机打印条形码38523扫码枪扫描条形码3964本章小结396调试结果与分析4061自动测试程序40611工位OP1装配41612工位OP2检测4462伺服压机示教器使用说明47621安装示教器步骤47622JOG模式以及压机复位操作使用介绍47623编辑程序4863伺服压机PC修改参数介绍5064调试结果557总结、展望与影响5971总结5972展望5973对环境及社会可持续发展的影响59731对环境可持续发展的影响59732对社会可持续发展的影响60参考文献61附录系统实物图62致谢6311研究背景1绪论涡轮增压技术的发展，书写了内燃机发展历史上的新章程。涡轮增压技术在很多方面发挥了至关重要的作用，在提高内燃机的功率、提高燃油的利用率以及节能减排等方面影响巨大。然而在涡轮增压技术出现后的一段时间里并没有应用到车用发动机上。而是随着涡轮增压器在效率方面的提升以及与涡轮增压技术相关技术的发展，涡轮增压技术逐渐开始在车用发动机方面得以应用。尤其在汽油机的涡轮增压技术取得巨大飞跃时，涡轮增压凭借技术突破的势头广泛的应用到汽车领域。涡轮增压器实际上就是一个空气压缩机，工作原理主要是通过压缩空气来增加进气量，利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮，涡轮同时带动同轴的叶轮来压缩新鲜空气，送入气缸。当发动机转速加快时，废气排出的速度以及涡轮的转速也就同步加快，同时就提高了空气压缩量，相应地，发动机的进气量得到增加，这样就增加发动机的输出功率。涡轮增压器在功能上起到的作用其实与机械增压器的功能相似，都是通过增加进入空气流量来提高机器运行效率的。涡轮增压器充分利用了废气的热量及其流量，实现了很大节能减排功能。近年来，在汽车发动机领域，涡轮增压技术面临着一个非常广阔的应用前景，将涡轮增压技术应用到内燃机工业中将会是未来的主要发展方向。随着汽车工业的不断进步以及可持续发展思想的贯彻，市场需求在对发动机的废气利用、废气排放、节能性、经济性等方面提出了更高的要求，因此也推动了涡轮增压技术向更高的技术层面发展。为适应这些严苛的技术要求，就需要发展各种类型的增压系统。但更为重要的是研究出高效率、范围广、高效益、高利用率的涡轮增压器。随着技术的不断进步，涡轮增压技术已趋向于更加成熟，这对于涡轮增压器的生产也提出了新的挑战提高生产效率、降低生产成本。12研究意义内燃增压系统自从在批量生产汽车上首次应用以来，在汽车工业中变得越来越重要，其中废气涡轮增压器占有特别重要的地位。当今几乎所有的柴油机都装有废气涡轮增压器，对提高柴油机动力装置的魅力及其被用户所认可起到了决定性的作用，而废气涡轮增压器在汽油机上的应用也越来越普遍。上述可知,伴随着涡轮增压器市场需求的日益膨胀,作为涡轮增压器的主体部件涡壳铸件的需求量也随之增加。近年来涡轮增压技术被越来越多的应用到发动机上，这就加大了市场对涡轮增压器的需求。更何况涡轮增压器具有以下优点1、发动机的高功率。有利于减小发动机的体积与质量。2、燃油的高燃烧率。减少了尾气排放，有利于环境保护。3、燃油高利用率。在相同条件下，配有涡轮增压器的发动机的燃油性能更加出众，效果更好。随着现代技术的发展，涡轮增压器应用的越来越广泛，市场对涡轮增压器的需求也越来越大，面对市场的需求，催生了对于涡轮增压器加速生产，提高产品合格率的需求。因此研究涡轮增压器压壳的装配与检测系统设计显得至关重要13研究的主要内容本课题是基于LABVIEW的压壳FITTING装配与检测系统设计，用来实现涡轮增压器用压壳组件的组装，包括工位OP10内压壳内径检测和压壳型号检测以及直管、弯管、定位销的压入组装，工位OP20内直管、弯管的扭力校准。压壳FITTING装配与检测系统本系统是通过以LABVIEW为上位机直接发出操控命令,S7300PLC为下位机直接控制设备获取设备状况来实现完整系统的运行。系统运行时通过LABVIEW读取系统配置文件，通过TCP/IP和OPC实现LABVIEW与PLC之间的通讯，PLC将设备状态、设备数据通过固定格式的通讯地址发送到上位机，由LABVIEW对数据进行读取解析，再将解析后的命令发送到PLC，由PLC对工位OP10中的气缸、电缸以及OP20中的夹爪气缸进行控制。而对进行涡轮增压器用压壳的直管、弯管的压入装配的压机控制，则通过LABVIEW程序直接控制，整个系统中进行扫码识别产品生产信息的扫码枪的控制也都通过LABVIEW直接控制。根据功能可以将整个系统分为工位OP10涡轮增压器用压壳各组件装配部分，工位OP20压壳组件装配检验部分，两部分完成压壳FITTING装配与检测。所以课题也将这两大部分作为研究的主要内容。对于内容的研究将按下列步骤进行1、对于该设计要求实现的功能，进行方案设计，并进行可行性论证。首先对涡轮增压器用压壳组件的装配流程，并对装配工艺进行一定的了解，并根据厂家提出的装配要求，分析各种型号压壳的装配工艺的异同，制定出可用于不同型号的压壳装配的系统方案。2、根据方案设计进行硬件器件的选型，并设计电气图纸，完成电气系统设计。根据装配的工艺要求以及装配流程，选取性价比高的硬件实现装配要求，并根据方案的需求选用合适的PLC，设计满足方案的电气系统。3、分步调试并实现各部分要求。（分别为电气装配与校准、LABVIEW编程实现）对于装配与校准都是为了实现整个系统的装配，尽量减少由硬件产生的系统问题。4、整合整个系统，实现整个系统的半自动化，最终完成压壳FITTING装配与检测系统设计。最后的整合，对于整个设计的成功与否起到至关重要的作用。需要长时间的调试以保证产品的合格率，达到本装配与检测系统的作用。根据课题的主要内容和其实现的功能，论文主要分为以下几个部分来具体的说明其中所设计的内容一、绪论，该部分介绍内燃机涡轮增压器的研究背景和研究意义，以及国内外研究本课题的现状，在结合国内外研究成果的基础上提出研究本课题的研究方法，也系统的描述了该设计的功能。二、系统总体方案设计和硬件配置，该部分主要介绍了本设计的总体方案及设计的硬件配置，包括其中使用的压机的选择，着重介绍压机说明。3、虚拟仪器技术概述，该部分详细的介绍了虚拟仪器技术的概况，阐述了虚拟仪器的众多优点和发展现状等，并对TCP/IP和OPC实现LABVIEW与PLC之间的通讯、DATABASE的使用进行了介绍。四、系统软件及其功能实现，首先介绍软件的整体框架，然后分别介绍各部分功能是如何实现的。五、系统调试和运行结果，本部分主要介绍了整个生产的工作流程以及压机部分具体操作，系统调试过程中遇到的各种问题，以及在遇到问题后的解决方法，最后显示程序运行的结果。六、总结与展望，该部分总结本课题在设计过程中的所做的工作。以及在将来的研究里能有那些提高，对将来的研究做出展望。14本章小结本章主要对涡轮增压器进行了介绍，阐述了其背景以及研究意义，并阐述了提高涡轮增压器压壳的生产效率、降低生产成本的重要性。同时对论文总体框架结构做了安排。2系统方案设计21系统设计概述该系统的总体设计主要分为以下个部分1S7300PLC是整个系统装配的控制核心，通过控制电缸、气缸的运动来控制涡轮压壳的零件的的安装。其中PLC对于电缸的控制，是通过对电缸控制器进行控制来实现的；对于气缸的控制，是通过阀岛进行控制。同时，S7300PLC通过多种传感器进行产品的到位检测和校准等工作。2LABVIEW是整个系统检测的控制核心，通过对两台压机控制器的控制来实现左右压机零件的装配。整个系统主要运用了VISA串口，通过串口指令控制压机动作，实现装配和数据检测，并将检测结果告知S7300PLC。在系统完成装配与检测工作前后，控制打印机打印相关条形码，控制扫码枪扫描相关条形码。3整个系统的通信方式，主要通过TCP/IP通信方式实现,并采用OPC技术进行上位机和PLC的数据交换。上位机与S7300PLC之间是通过网线连接实现OPC数据通信。基于LABVIEW的涡轮增压器装配与检测系统的要求，设计方案如下1、LABVIEW作为整个系统的核心控制，通过OPC和TCP/IP与PLC相互通信；2、采用LABVIEW上位机来控制压机进行直管弯管PIN的安装；3、使用LABVIEW来检测直管弯管的扭矩，从而判断产品是否安装合格；4、通过数据库将安装检测过程中的数据存入数据库；5、采用面向对象编程技术完成软件的编程与调试；6、设计出友好的人机界面。22系统装配组件介绍本系统设计组装以下三个涡轮增压器压壳的组件（系统装配组件示意图如图21所示）直管（STRAIGHTPIPE）弯管（ELBOW）定位销（ORIENTATIONPIN简称PIN）图21系统装配组件示意图23系统生产要求系统的实际要求与功能实现如下表22所示，根据项目功能与要求，在设计中也给出了推荐的方案已重要特征参数。表22系统实际要求与功能实现功能与要求推荐的方案重要特征参数1确保压壳在夹具上定位的唯一性设计专用的夹具工件夹具上的位置是唯一万一工件不在确定的位置上设备无法动作2确定装配的是正确的压壳扫描枪手工扫描压壳上的二维码设备上的位移传感器自动识别压壳进气口直径来区别压壳型号扫描器要求具备条形码与二维码读取功能压壳进气口尺寸3确保压壳的正确夹紧装在夹具气缸上的两磁性开关确保气缸的夹紧与打开在FITTING压入过程中压壳不允许有任何晃动4压装前保证压壳的存在光电传感器或其它类型传感器检测压壳的存在PLC万一没有确定压壳的存在设备无法启动PLC并给出报警5压装前确保弯管在压头或夹具上的存在光电传感器或其它类型传感器检测压壳的存在万一没有确定压壳的存在设备无法启动PLC并给出报警信息6压装前保证直管的存在安装在压头上的接近传感器或其他传感器确保定位销的存在万一没有确定压壳的存在设备无法启动PLC并给出报警信息7压装前保证直管的存在压入前，安装在压头上的接近传感器或接近传感器确保弯管的存在万一没有确定压壳的存在设备无法启动PLC并给出报警信息8确保弯管的正确压入带速度与力控制的伺服电机，电缸将弯管压入到压壳孔中安装在压头上的压力传感器监测压入力确保正确的压入压入过程应该分两步压入预压与最终压入电缸伺服电机的及压力传感器的参数要求在上位机上可设置设置参数包含电缸，伺服电机速度位置，最大，最小压力9确保直管的正确压入带速度与力控制的伺服电机，电缸将弯管压入到压壳孔中安装在压头上的压力传感器监测压入力确保正确的压入压入过程应该分两步压入预压与最终压入电缸伺服电机的及压力传感器的参数要求在上位机上可设置设置参数包含电缸，伺服电机速度位置，最大，最小压力10确保定位销的正确压入带气压控制阀的气缸从下往上将定位销压入到压壳相应的孔中气缸必须安装气压调节阀11控制压入操作后弯管的高度尺寸伺服电机监控压头从开始到结束的位置按照增压器规范及MSA手册的要求压入后的高度尺寸，过程能力要求大于167，要求取样容量至少一批50件12控制压入操作后弯管的角度尺寸专用夹具保证弯管的安装角度按照增压器规范及MSA手册的要求压入后的高度尺寸，过程能力要求大于167，要求取样容量至少一批50件13控制压入操作后弯管的高度尺寸伺服电机监控压头从开始到结束的位置按照增压器规范及MSA手册的要求压入后的高度尺寸，过程能力要求大于167，要求取样容量至少一批50件14控制压入操作后定位销的高度尺寸安装在气缸上的高精度磁开控制定位销的最终位置压入操作后定位销的高度尺寸3/025MM15确保压壳的正确夹紧设计专用夹具工件夹具上的位置是唯一万一工件不在确定的位置上设备无法动作16用装在设备上的扭矩标定仪对扭矩扳手进行标定工位上安装上专门的扭矩标定仪创建专门的PLC程序确保扳手标定是必须的步骤标定时间不得超过5分钟17保证过程追溯的准确性使用手动扫描器读取贴在压壳组件上的标签条码来储存过程数据扫描器要求具备条码和二维码读取功能18要求打印追溯标签，打印机具备条码和二维码打印功能装配过程及检测完成并合格后，打印机打印条码打印机具备条码和二维码打印功能19零件客户接口不得有任何损伤夹具与产品的客户接口的接触面要求考虑保护材料装配操作后零件表面不允许有任何损伤20弯管直管不允许发生任何变形伺服压机控制及监控压入速度和深度弯管与直管压入时的对中问题必须要求在设备设计时认真考虑弯管直管不允许发生任何变形要求弯管与直管和装配孔有很好的对中21任何操作必须由PLC和上位机管理任何不不符合的操作必须在操作屏上显示错误信息提示万一工件不在确定的位置上设备无法动作22配置单工控机进行数据储存与菜单管理单独的上位机进行数据储存，菜单下友好性的人机对话载，数据追溯24系统工作流程将设备上电，上位机登录操作系统，配置设备所生产产品型号的参数，在工位OP10按复位按钮进行复位操作。分别放置直管、弯管、定位销在相应夹具上。对射传感器将会检测直管、弯管是否在位。上位机指示按双手按钮（启动按钮），上部气缸压下将压壳固定在夹具上，下部电缸动作将装有定位销的夹具移动到产品下方检测是否定位销是否在位并将定位销顶入压壳。定位销顶入结束后，装有直管的左压机动作，将直管压入压壳，压入结束后装有弯管的右压机动作将其压入压壳，一切均正确无误后，打标机打印相应产品条形码，吸尘器启动吸走生产过程中可能掉落的产品，完成后电缸、气缸进行回初始位置状态，完成此次生产，放上新产品。在工位OP20，放上产品，扫码正确后，上位机指示按双手按钮（启动按钮），上气缸压紧压壳，使用扭力扳手旋转FITTINGELBOW，检测FITTINGELBOW的旋转位移，保存FITTINGELBOW的旋转位移数据，扭力扳手放回、按双手按钮，使用扭力扳手旋转FITTING，检测FITTING的旋转位移，同直管操作相同，按双手按钮，各气缸复位完成，检测完成。系统工作流程如图23所示。FITTING、FITTINGELBOW、PIN在位左压机夹爪夹紧、右压机气缸伸出、压销气缸缩回电缸运动至内径检测位测内径气缸上升，夹爪动作测内径内径在合格范围内第二次测量内径尺寸测内径气缸缩回第二次内径在合格范围内报警、复位NONOYESYES电缸运动至压销位置压销气缸伸出压销气缸到达WORK位压销气缸缩回压机压入FITTING压入FITTINGOKYES报警、复位NOYES上位机下载参数扫HSGCOMP二维码扫码正确YESNO手动模式按复位按钮，OP1复位自动模式按双手按钮YESNOYESNO报警、复位（第一次判别内径）（第二次判别内径）YESNO报警、复位NO报警、复位YES报警、复位NO报警、复位10FITTING、FITTINGELBOW、HSGCOMP在位YESNO放入FITTING、FITTINGELBOW、PIN、HSGCOMPNONO报警、复位YES报警、复位NOYESYES正确放入FITTING、FITTINGELBOW、PIN注此处为手动操作，屏蔽光栅，各机构不会运动，到下一步骤按双手按钮后解除屏蔽吸尘气缸上升。吸尘器工作吸尘器关闭，吸尘气缸缩回下压气缸上升电缸运动到上料位置顶销气缸上升YESNO报警、复位YESYESNO报警、复位YES报警、复位NOYESNO夹紧FITTING气缸松开FITTING压机缩回压机压FITTINGELBOW固定FITTINGELBOW气缸松开、压机缩回压入FITTINGELBOWOKYESNOYESNO报警、复位NO报警、复位报警、复位YES报警、复位NO10电缸运动至吸尘位置报警、复位NOYESYESNO报警、复位打印条形码、保存压机数据生产完成，换新产品上位机下载参数旋转气缸压紧HSGCOMPFITTINGELBOW气缸伸出FITTINGELBOW气缸缩回、FITTING气缸伸出按双手按钮FITTING气缸缩回夹紧FITTING辅助气缸伸出报警、复位NO扭力扳手放回、按双手按钮取出产品旋转气缸松开HSGCOMP在位正确放入HSGCOMPNOYESNO报警、复位YESNO报警、复位YESNO报警、复位YESNO报警、复位NO报警、复位YESNO报警、复位扭矩扳手在位使用扭力扳手旋转FITTINGELBOW，检测FITTINGELBOW的旋转位移YES报警、复位NO扭力扳手放回、按双手按钮扭矩扳手在位使用扭力扳手旋转FITTING，检测FITTING的旋转位移YESYES手动模式按复位按钮，OP2复位自动模式扫HSGCOMP条形码扫码正确NOYESYES生产完成，换新产品保存FITTINGELBOW的旋转位移数据保存FITTING的旋转位移数据注此处为手动操作，屏蔽光栅，各机构不会运动，到下一步骤按双手按钮后解除屏蔽注此处为手动操作，屏蔽光栅，各机构不会运动，到下一步骤按双手按钮后解除屏蔽注此处为手动操作，屏蔽光栅，各机构不会运动，到下一步骤按双手按钮后解除屏蔽图23系统工作流程图25本章小结通过对生产要求的分析，对生产过程设计出了系统的方案。通过对整个系统方案的工作流程的设计，进一步完善整个系统的方案设计工作，为接下来的方案实施打下了基础。3系统硬件介绍本设计采用S7300PLC作为整个设备的控制核心，通过DP总线方式控制电缸控制器、阀岛以实现动作，对于直管、弯管的压入，则有LABVIEW直接控制压机进行装配。在本章中将会对S7300PLC、JANOME进行简单介绍。31S7300PLC介绍S7300PLC是一种可编程序控制器，是西门子公司生产的PLC系列。S7300PLC具有以下特点分布式的配置易于实现、模块化结构、高性价比、电磁兼容性强等，由于这些特点，S7300PLC在工业应用中成为一种既经济又可靠的解决方案，使其在工业控制领域中得到了广泛的应用，。结合上述叙述，在本系统中采用S7300PLC作为设备的控制核心。S7300PLC如图31所示。图31S7300PLC32JANOME压机电子压床是以伺服电动机加压的压床，一般来说，称为伺服压机的压机。因为机器是电动驱动，所以比油压式及空圧式的机器在环境上较为安静与干净。最大的特征是高精度及高机能。可将位置和负荷高精度地控制，有多样的驱动方法。每个机器装备了品质管理机能，构成了高效率的系统。本设计所用为单元型压机，如图32所示。图32单元型伺服压机321单元型伺服压机伺服压机基本上的动作为主轴（压头）下降后将工件加到所需位置或荷重。依靠装载在驱动部位前端的压力传感器来控制管理压力，依靠编码器来控制管理位置，同时向工作对象施加压力，从而达到加工的目的。只要教导电子压机所需的程式设定完成后，即可控制主轴动作。可控制的参数为主轴的下降位置、下降速度、工件加荷的强度等等。伺服压机分为标准单机型，头型，单元型三类，在本设计中将采用单元型伺服压机。伺服压机有如下特点（1）丰富的变化性电子压床的本体构造种类有标准单机型、头型、单元型三种可供选择。从单独使用到生产线的组立生产，依照客户的需求可选择适合的种类做选购。（2）连接介面所有机种使用的制御用I/O连接端子（I/OSYS连接端子）皆为标准装置，你可以便利的直接安装在外部装置。（3）驱动控制为利用参数作设定电子压床不仅是只有可驱动主轴位置，另外如加工速度、工件加挂过重、移动时间及停止时间的参数均可依需求变更。这样的制御组合，可使用在广泛的工作需求。（4）品质管理机能电子压床具备了在程式实行时各种参数的设定，并且可判定合格范围。有多种使用方法如设定范围内的终了位置荷重管理、设定荷重时的位置距离判定等，各种判定模式均可供使用。（4）自我诊断机能当电子压床发生异常时可迅速对应诊断并维修，可利用操作面板（教导盒）的故障诊断模式作简易的机能诊断。322系统构成整个伺服压机控制系统由三部分组成主体（伺服压机）、控制器、教导器，三部分结构如图33所示。图33伺服压机系统各部分结构整个系统由控制器通过RS232串口与上位机相连，从而进行数据传输，整个伺服压机控制系统总体结构图如图34所示。单元型伺服压机教导器控制器图34系统组成33系统硬件分析331压机系统信息收发概要收发数据的表现形式以十六进制进行收发指令，前面一字节发送开始代码“”,最后发送结束代码发“CR”。系统信息要求如表35所示。NHEXASC内容124发送开始代码2300地址13311地址1442B指令代码5300子指令代码644DSUM30H31H42H30HD3H733380D发送结束代码CR表35系统信息要求332驱动控制指示内容的读取，将是否正常工作的信息读取出来。对应指令代码如表36所示。NHEXASC内容124发送开始代码2300地址13300地址246DM指令代码5300子指令代码646F结果表明,正常0代码异常1伺服机构伺服指示开关的开关控制器不正常746F846F946F10311SUM215H11355120D发送结束代码CR表36指示内容的读取333运动控制从开始程序对压机进行控制，P0P3是外部系统的IOSYS输入信号所对应的功能。P0机械动力化初期伺服ON。P1程序切换号码，项目编号。在伺服压机等待时有效。一切正常时,项目编号代替CODE错误代码。P2移动到原点工作，在当前的程序编号的程序中的的工作原点位置开始移动。P3开始。P4开始执行指定代码334IO控制类型指定值为03，对应号码如下表37所示。类型符号类型指定值号码IO系统输入SYSIN0117IO通用输入GENIN118IO系统输出SYSOUT2116IO通用输出GENOUT318表37类型对应值全部指令都已经在下表38中列出。功能收发例子B0获取系统信息01B0D300B000006D00000102C70000000000660003D8G1结束位置读取01G1D900G1000D000B819575PROG0DH13POSB8195H754069MMG2读取负载结束01G2DA00G2000D00008C306BPROG0DH13LOAD8C30H35888NG3读取的值判定01G3000100025E00G3000D0001000200006B5F04PROG13,S1,J2,VALUE27487K0I/O读取01K200040000000D3600K2FFFFB5K1I/O读取01K10002000000052400K10002000000050000000063K2I/O输出SET01K200020000000D3400K200005DK3I/O输出RESET01K300020000000F3700K300005EM0伺服ON01M000019F00M0FFFF15N0指令位置要求01N0DF00N0000CA10245000CA102H82765082765MMN1拖高位置要求01N1E000N1000BCA4059000BCA40H772672772672MMN2目前负载要求01N2E100N200000C393F00000C39H31293129NP0初始化01P0E100P08000P0000060P1项目编号切换PROG901P10008AA00P1000869P2移动到原点工作01P2E300P28200P2000062P3开始01P3E400P38300P3000063P4号码指定01P40003A800P48400P4000064Q0结束数据传输01Q0E200Q00000C1Q1质量管理数据传输01Q1E300Q10000C2表38全部指令及举例34本章小结本章介绍了整个系统设计的主要硬件。对于硬件的研究，将有助于我们对下面硬件的控制，以及对系统设计的搭建有很大的帮助。本章还介绍了伺服压机的串口指令。通过整个对伺服压机的指令的分析，对上位机控制整个伺服压机进行动作等有所认识与了解。4虚拟仪器技术概述41虚拟仪器技术简介虚拟仪器技术的概念最早由美国国家虚拟仪器公司提出，该技术的核心思想是将硬件模块化，并结合软件完成各种测试测量，实现生产生活的自动化应用。虚拟仪器技术跟随着计算机技术的发展，使得测控领域得到充分发展，是仪器技术的一个重大革新。随着计算机技术，网络技术等的快速发展，虚拟仪器技术向着数字化、自动化、模块化、一体化、标准化、虚拟化、智能化稳步发展。虚拟仪器技术精确度更高，稳定性更好，速度更快，通过程序控制代替了手动控制，提高了生产率，可靠性，降低了生产成本，减小了硬件体积，节约了资源，标准化使得该技术适用范围更广，可控性更高，充分利用软件实现硬件要求，变得更加灵活多样化。虚拟仪器由硬件设备接口、设备驱动软件以及虚拟仪器面板组成。其中，硬件设备接口一般是以PC为基础的内置功能插卡、串行口、VXI总线仪器接口等。虚拟仪器通过底层设备驱动软件与硬件系统进行通讯，并以虚拟仪器面板的形式显示在计算机屏幕上，显示的各种控件和硬件操作面板上的控件一样。用户只需要通过鼠标操作虚拟仪器的面板就可以实现，和硬件使用一样真实。42LABVIEW图形化编程的组成和特点虚拟仪器VIRTUALINSTRUMENTS程序就是LABVIEW的程序，一般都简称为VI。每个VI都是由前面板FRONTPANEL、程序框图DIAGRAMPROGRAM以及连接端口ICON/CONNECTOR三部分组成。一般大家把图形用户界面称为前面板，即虚拟仪器的操作面板，前面板是程序运行时与用户的交互窗口，它甚至可以让一个对虚拟仪器一无所知的用户直接更具前面板上的提示完成生产中的全部流程。前面板的具体表现有开关、旋钮、图形以及显示控件。程序框图面板中这有各种基础函数、各种循环结构以及连线等，程序框图是一个由程序员来操作的平台，程序员可以在此面板中更具测试要求随意编写程序来实现，只需要将前面板的控件的连线端子连接起来，交给编写的程序来处理即可，只要编写的程序符合正常的逻辑顺序并且没有错误，那么用户就可以通过这些程序来控制需要控制的硬件，达到整个系统的运行的目的。同时程序框图与前面板之间有着必然的联系，它具有控制在前面板上的输入和输出的功能，其最大特点就是将计算机资源与硬件、数字信号处理技术等相结合，在系统内共享软硬件资源，打破了硬件自身出场设置的功能模式，直接由用户自己根据实际情况来定义功能。43利用LABVIEW软件实现通信LABVIEW的对硬件的控制是虚拟仪器的重要特色之一。在对一个硬件实行控制之前，往往第一步我们需要都需要安装这个硬件的驱动程序，这样LABVIEW才可以实现与该硬件设备的通信。一般可以实现通讯的都是通过与硬件相兼容的驱动程序或者是接口，比如VISA、OPC、ACTIVEX、DLL、DATASOCKET、TCP/IP等，LABVIEW几乎可以和任何硬件进行通信。下面就先介绍本系统用到的通信技术。431LABVIEW的VISA通信LABVIEW与串口仪器的通信都是是通过VISA来实现的，本系统通过VISA来通讯的主要是条形码打印机以及扫码枪。VISA是被应用于仪器编程的标准I/O的应用程序接口,它为用户提供了标准I/O的底层函数，具有一定的独立性与可调用性，在程序中只需要调用这些基本的VISA函数即可，不管它是GPIB、串口还是其他接口，VISA会根据实际的接口类型来自动调取与其相匹配的接口驱动程序，VISA大大简化了在上层应用程序中与接口总线仪器的通信。LABVIEW编程软件中的串口函数如下图41所示图41串口通信函数模板通过VISA资源名称来指定串口并按照特定设置初始化。VISA配置串口各个接线端如图42所示。图42VISA配置串口从VISA资源名称指定的设备或接口中读取指定数量的字节，并使数据返回至读取缓冲区。VISA读取函数接线端如下图43所示。图43VISA读取进行VISA数据读取与写入的流程如图44所示，在整个流程中根据相应的步骤放入相应的函数并将其连接起来可生成相应的数据传输。VISA串口配置数据读取数据写入清理缓存关闭通道图44VISA流程图432LABVIEW的DATASOCKET通信随着计算机技术的快速发展，网络已经无处不在。早期的LABVIEW版本已经对网络通信提供了支持，所以DATASOCKET就已经是在TCP/IP的基础上建立起来的。DATASOCKET是LABVIEW网络编程的核心技术。它支持多种通信协议，通过统一资源标识符URL，就能确定网络资源的唯一地址以及遵循的通信协议。同时，在LABVIEW的共享变量出现之前，DATASOCKET是LABVIEW中使用最广泛的网络编程工具，共享变量的PSP协议也是DATASOCKET的一部分。它支持多种通信协议和NI的专用通信协议，这有利于它的推广。DATASOCKET的函数节点子选板如图45所示，下面对其中的节点分别进行介绍。图45DATASOCKET函数模板打开DATASOCKET函数，该节点的功能在于打开一个URL数据连接，URL输入端口设置数据连接网络地址，可以使用PSP、DSTP、OPC、FTP、HTTP和FILE等通信协议传输数据，具体用何种协议，取决于写入数据的类型及网络配置，接线端如图46所示。图45打开DATASOCKET函数读取DATASOCKET函数，该节的功能是从打开的URL连接中读取数据，端口如图46所示。图46读取DATASOCKET函数写入DATASOCKET函数，该节点用于写入数据如图47所示。数据可以是单个或数组形式的字符串、逻辑布尔量和数值量等多种类型。图47写入DATASOCKET函数关闭DATASOCKET函数，该节点用于关闭已经打开的URL连接。如图48所示图48关闭DATASOCKET函数DATASOCKET选择URL函数，该节点功能是显示一个对话框，让用户选择数据源，并返回其URL。如图49所示。图49DATASOCKET选择URL函数433LABVIEW的OPC通信在上一部分中介绍的DATASOCKET函数是支持OPC协议的。OPC通讯技术是现在工业控制与计算机技术相结合的产物。通过OPC技术，可以轻易实现LABVIEW与控制设备（如PLC）之间的连接接。OPC是过程控制中一种基于WINDOWSOLE的数据交换标准。本系统设计中采用了以LABVIEW作为OPC服务器的方式来进行OPC通讯。在这种方式下，只需要将PLC中相对应的地址添加到OPC服务器中便可直接获取数据，并可进行读写操作。图410OPC的操作界面由图410可以看出，OPC的操作流程如下先设置OPC服务器通道并配置好设备和标签，设置I/O服务区后，将共享变量绑定到I/O服务器条目，模拟OPC服务器。如图411所示。图411OPC的设置地址44本章小结本章主要阐述了本设计的通信网络的构成图。对OPC通信技术以及VISA串口通信做了介绍。通过这一章节的介绍，对整个系统的通信技术将会有所了解。5人机界面与检测技术设计51人机界面设计根据实际生产需求，设计了手动模式界面和自动模式界面。图51基于LABVIEW的涡轮增压器装配与检测系统设计界面在程序运行开始时，会显示在登录初始界面即主界面，如图51所示，在主界面提供了12个按钮1、“触摸屏”按钮在完成登录，选择好产品型号并下载玩产品配方后，如需进行自动生产或OP1、OP2手动调试时，点击该按钮即可进入生产界面；2、“查询配方”按钮单击该按钮可进入查询配方界面，操作员可以查看配方数据，管理员可查看并修改配方；3、“下载配方”按钮单击该按钮可下载已选择的产品型号配方下载4、“数据库查询”按钮；5、“登录”按钮进行用户登录；6、“登出”按钮进行用户登出；7、“用户管理”按钮单击该按钮可进行用户的注册、更新、删除并保存；8、“报警信息查询”按钮单击该按钮可进行相应时间段报警数据的查询；9、“生产信息查询”按钮单击该按钮可进行相应时间段历史数据的查询；10、“通讯状态”显示绿色为通讯正常，红色为通讯异常；11、“曲线保存”按钮单击黄色“曲线保存”按钮可进行曲线保存；12、“退出程序”按钮系统处于空闲状态时单击该按钮可退出程序，在测试过程中点击该按钮无效并弹出提示语警示。在登录完成并下载完配方后会进入自动生产界面，如图52所示。自动测试下各按钮功能如下1“上位机”用于返回主界面。2“扭力校准”用于跳转扭力校准界面进行扭力校准。3“自动生产”用于跳转自动生产界面，进行自动生产的监控。4“OP1手动”用于调试OP1。5“OP2手动”用于调试OP2图52自动测试界面前面板图手动界面主要是在设备处于调试状态时使用的，在该界面下可以控制设备各个部分的工作状态并得到相关传感器的检测信息，以及电缸的当前位置信息等。如图53所示。图53手动调试界面前面板图整个软件系统设计是一个多生产者多消费着结构，由多个队列以及WHILE循环、事件结构、条件结构主成，整体结构如图54所示。图54整体结构框图52软件功能设计521系统参数设置在系统运行中，产品参数的配置是最重要的因素之一，产品参数的正确与否关系到是否能正确生产出相对应产品，由于该系统需要对多种型号产品进行生产，所以不同型号的产品参数都需要设置并保存下来，参数设置的实现通过条件结构以及WHILE循环实现，系统参数设置前面板以及程序框图如图55、图56所示。图55参数设置前面板图56参数设置程序框图522人员管理为了方便工程师以及技术人的操作和程序的安全性，因此程序中添加人员管理功能。如图57所示，单击用户管理后，数据列表里显示已有人员名单、密码以及级别。人员管理的实现通过事件结构响应前面板事件，再通过条件结构判断运行分支，程序框图如图58所示。图57人员管理界面图58人员管理程序框图523数据的查询以及数据的保存在生产过程中对数据的保存以及实时的查询是必不可少的，单击“生产信息查询”按钮，进入数据查询界面，分别点击开始时间和结束时间选择需要查询的时间区域，设置完成后单击“查询”按钮，数据内容表内即显示该时间段内测试过的产品数据。另一种方法即输入组件序列号后单击查询按钮也可以实现查询功能，如图59所示；单击“报警信息查询”按钮，进入数据查询界面，分别点击开始时间和结束时间选择需要查询的时间区域，设置完成后单击“查询”按钮，数据内容表内即显示该时间段内出现过的报警。如图510所示。软件通过事件结构响应前面板的操作实现在各时间段内的数据查询，程序框图如图511所示。图59按日期、序列号查询数据界面图510报警数据查询界面图511数据查询程序框图对于数据的保存，通过各部分数据创建全局边变量，再将全局变量放入数据保存分支，对数据进行处理后保存到数据库中，如图512所示。图512数据保存523压机控制以及压机数据回读在硬件介绍中已经介绍了压机控制的代码，软件中则通过VISA串口将指令代码发送以及读取指令代码来实现压机的控制以及压机数据的回读。如图513、514所示。图513压机控制图514压机数据回读523控制打标机打印条形码条形码是产品的一个身份凭证，就和身份证一样，记录着产品生产信息，程序通过VISA串口来对打标机发送打印内容，如图515所示。图515打标机打印条形码523扫码枪扫描条形码条形码记录着产品的生产信息，那么我们就需要通过扫描枪扫描条形码来读取信息，同样通过VISA串口通信，将扫码枪扫描到的内容读取出来，如图516所示。图516扫码枪读取条形码64本章小结本章对本设计的控制界面设计以及系统的检测技术进行了介绍，具体分为整体结构、产品参数配置、人员管理、数据查询与保存、打标机、扫码枪，通过本章的介绍，对系统整体的软件设计以及各功能实现有了一定的认识。6调试结果与分析61自动测试程序双击桌面上的图标打开测试程序，如下图61所示图61主界面在主界面提供了12个按钮1、“触摸屏”按钮在完成登录，选择好产品型号并下载玩产品配方后，如需进行自动生产或OP1、OP2手动调试时，点击该按钮即可进入生产界面；2、“查询配方”按钮单击该按钮可进入查询配方界面，操作员可以查看配方数据，管理员可查看并修改配方，详细介绍见后面章节；3、“下载配方”按钮单击该按钮可下载已选择的产品型号配方下载，详细介绍见后面章节；4、“数据库查询”按钮详细介绍见后面章节；5、“登录”按钮进行用户登录6、“登出”按钮进行用户登出7、“用户管理”按钮单击该按钮可进行用户的注册、更新、删除并保存；8、“报警信息查询”按钮单击该按钮可进行相应时间段报警数据的查询；9、“生产信息查询”按钮单击该按钮可进行相应时间段历史数据的查询；10、“通讯状态”显示绿色为通讯正常，红色为通讯异常；11、“曲线保存”按钮单击黄色“曲线保存”按钮可进行曲线保存；12、“退出程序”按钮系统处于空闲状态时单击该按钮可退出程序，在测试过程中点击该按钮无效并弹出提示语警示；接下来单击“登录”按钮，弹出如下图62所示登陆界面，在下拉列表中选择用户名并输入正确的密码，按确认键登陆。图62登陆界面登陆成功后单击产品型号列表框选择产品型号，选择完成后单击下载配方按钮弹出如图63所示提示框，单击确定按钮完成配方下载。图63下载配方提示611工位OP1装配下载完成后需单击触摸屏进入自动生产界面,将OP1按钮旋转至手动，按下复位按钮，等待系统复位完成，如图64所示。图64按钮盒复位操作复位完成后根据上位机提示将OP1按钮旋转至自动如图65、66所示图65复位完成提示图66按钮盒切换自动操作自动模式下按照上位机提示进行操作，若夹具上有产品，会提示“请取走产品”，如图67所示图67取走产品若夹具上无产品或已取走产品，会提示请扫码然后会提示“请将FITTING、FITTINGELBOW、PIN、HSGCOM放入夹具并按双手按钮”，根据提示放入产品，如图68、69、610、611、612所示图68提示请扫码界面图69提示放入产品图610放入产品图612按下双手按钮按下双手按钮后系统自动运行，下压气缸压下，直管、弯管夹爪加紧产品，顶销气缸到准备位，按下双手按钮重新运行后，若无报警，上位机按照顺序提示“电缸定位到测内径位置。”、“电缸定位到测内径位置。”、“内径合格”，“压销过程中。”、“压销成功”，“左压机动作”、“左压机装配完成”，“右压机动作”、“右压机装配完成”，“请将条形码粘贴到压壳表面，并扫描条形码”、“请将条形码粘贴到压壳表面，并按双手按钮”、“请取走产品”如图613、614、615、616所示图613粘贴条形码图614扫码图615装配完成取走产品图616取走产品612工位OP2检测OP1装配完成后将产品移至OP2进行检测，上位机会提示放入产品操作台对应的位置，会提示请扫码，如图617所示。图617扫码提示拿扫码枪进行扫码如图618所示。图618扫码扫码成功后，会提示请按双手按钮如图619所示。图619按按钮提示上位机会提示拿扭力扳手检验置管扭力如图6