前言：尋找寫作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的物聯(lián)網(wǎng)冷軋無縫鋼管檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要：設(shè)計(jì)采用VB軟件編寫可視化控制界面與下位機(jī)PLC控制通信方法，對(duì)冷軋無縫鋼管進(jìn)行了自動(dòng)化輸送、定位、檢測(cè)與分揀工作的設(shè)計(jì)開發(fā)。首先，進(jìn)行冷軋無縫鋼管激光檢測(cè)與分揀系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)。其中，機(jī)械運(yùn)動(dòng)定位控制采用自行設(shè)計(jì)的具有控制方式簡(jiǎn)單、傳輸性連貫等特點(diǎn)的支撐滾軸結(jié)構(gòu)；電氣控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三菱PLC運(yùn)動(dòng)控制方法，通過VB通信編程自動(dòng)讀取激光傳感器及PLC寄存器數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯算法編程，完成定位、調(diào)整、檢測(cè)與分揀等工作。最后，通過物聯(lián)網(wǎng)模塊與PLC實(shí)時(shí)通信傳輸數(shù)據(jù)，使得用戶可以對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和整體運(yùn)行測(cè)試可知，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了冷軋無縫鋼管激光檢測(cè)與分揀的自動(dòng)化。與傳統(tǒng)檢測(cè)手段相比，控制系統(tǒng)界面功能更強(qiáng)，檢測(cè)過程的自動(dòng)化程度更高，檢測(cè)結(jié)果精確度更好，證明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和程序設(shè)計(jì)的可行性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；定位控制；通信編程；檢測(cè)；物聯(lián)網(wǎng)；冷軋無縫鋼管

0引言

在機(jī)械加工制造業(yè)、零部件制造業(yè)中，冷軋無縫鋼管精密度需要控制在20絲左右。高精度冷軋無縫鋼管的推廣應(yīng)用有利于提升材料利用率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。為了能夠滿足工業(yè)應(yīng)用要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，制管廠必須嚴(yán)格控制冷軋無縫鋼管外表面幾何尺寸精度。所需控制鋼管外表面的幾何尺寸主要有直徑、圓度、直線度和長(zhǎng)度。目前，對(duì)于冷軋無縫鋼管的檢測(cè)，如直徑、壁厚等的尺寸，大部分工廠還在采用卡尺、千分表等接觸式測(cè)量方法。當(dāng)然，也有少數(shù)工廠采用壓力與電壓之間的轉(zhuǎn)換測(cè)量、霍爾元件測(cè)量等物理測(cè)量方法。這些測(cè)量方式存在大量弊端，如檢測(cè)精度低、速度慢，還容易造成測(cè)頭磨損、損傷鋼管表面精度等。為了適應(yīng)現(xiàn)代化加工制造需求，設(shè)計(jì)一種檢測(cè)精度高、效率高的自動(dòng)化檢測(cè)及分揀系統(tǒng)尤為重要。本設(shè)計(jì)通過激光傳感器進(jìn)行定位檢測(cè)，通過PLC編寫控制程序，利用VB可視化編程軟件與激光傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸及處理。從鋼管傳輸、定位、檢測(cè)到分揀結(jié)束的自動(dòng)化流程，有助于加快檢測(cè)節(jié)奏，提高檢測(cè)精度。通過激光傳感器對(duì)待測(cè)鋼管進(jìn)行定位、調(diào)整，能同時(shí)進(jìn)行多種規(guī)格冷軋無縫鋼管在線檢測(cè)，使設(shè)備具有普遍適應(yīng)性。該檢測(cè)系統(tǒng)利用PLC控制程序與VB邏輯算法實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的實(shí)時(shí)檢測(cè)篩選，節(jié)約了時(shí)間。

1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1檢測(cè)要求

由光電傳感器判斷有無待測(cè)鋼管，反饋給PLC控制傳送帶啟停；VB通過通信線與激光傳感器連接，實(shí)現(xiàn)冷軋無縫鋼管定位及后續(xù)外部尺寸檢測(cè)；由PLC控制伺服驅(qū)動(dòng)器分別帶動(dòng)激光傳感器實(shí)現(xiàn)垂直面各向運(yùn)動(dòng)和三爪氣缸X軸運(yùn)動(dòng)；由PLC控制電磁閥驅(qū)動(dòng)3個(gè)氣缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)待測(cè)鋼管豎直位置調(diào)整和待測(cè)鋼管固定旋轉(zhuǎn)；VB依據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，將結(jié)果反饋給PLC，由PLC控制分揀電機(jī)運(yùn)作，從而實(shí)現(xiàn)合格箱和廢品箱的切換[1-3]。

1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

冷軋無縫鋼管檢測(cè)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，1為分隔條，均勻安裝在傳送帶表面，待測(cè)鋼管位于相鄰2個(gè)分隔條之間，以防止待測(cè)鋼管在傳送帶上滾動(dòng)，用于提高輸送機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。傳送帶通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在支架上，三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將鋼管輸送到檢測(cè)機(jī)構(gòu)。7為光電傳感器，用于檢測(cè)當(dāng)前位置有無待測(cè)鋼管。鋼管由輸送機(jī)構(gòu)送出，經(jīng)輸送斜臺(tái)過渡，借助自重滾落到支撐滾軸的安裝腔內(nèi)。檢測(cè)機(jī)構(gòu)的底板兩端分別設(shè)有絲杠，伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，均設(shè)有導(dǎo)向柱，使螺母運(yùn)行更平穩(wěn)，在底板另一端亦有類似裝置。螺母與三爪氣缸固定連接，用于輔助待測(cè)鋼管旋轉(zhuǎn)。三相異步電動(dòng)機(jī)固定在對(duì)應(yīng)螺母上，與三爪氣缸固定連接，帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，從而與三爪氣缸一起帶動(dòng)待測(cè)鋼管旋轉(zhuǎn)。底板中間固定有升降氣缸，升降氣缸推動(dòng)升降臺(tái)在導(dǎo)柱導(dǎo)向作用下平穩(wěn)的上下移動(dòng)。通過回轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在升降臺(tái)上的支撐滾軸，若干支撐桿沿支撐滾軸轉(zhuǎn)軸圓周方向布置，且沿著轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度方向成排分布，相鄰兩排支撐桿形成90°安裝腔，輸送機(jī)構(gòu)將待測(cè)鋼管傳輸至安裝腔內(nèi)。底板上設(shè)有支撐架，支撐架上設(shè)有絲杠、起導(dǎo)向作用的導(dǎo)向柱和驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。通過螺母滑動(dòng)設(shè)置在支撐架上的檢測(cè)裝置，包括激光傳感器，與其固定相連的螺母，控制物體移動(dòng)的伺服電機(jī)，以及絲杠和導(dǎo)向柱。分揀機(jī)構(gòu)包括起過渡作用的輸出斜臺(tái)，通過隔板將箱體分隔為合格箱和廢品箱，利用三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在箱體上的分揀轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)的寬度，使其與廢品箱的寬度保持一致，然后將所述檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)完成的鋼管進(jìn)行分類，并放入對(duì)應(yīng)的合格箱或廢品箱內(nèi)[4-5]。

2控制設(shè)計(jì)

首先，應(yīng)用VB軟件編寫滿足需求的總體可視化控制界面；然后，編寫VB通信程序，分別實(shí)現(xiàn)與PLC和激光傳感器的通信；接著，依據(jù)傳感器數(shù)據(jù)編寫VB程序?qū)崿F(xiàn)PLC相應(yīng)軟件的通斷，并編寫PLC控制程序；最后，完善界面，顯示數(shù)據(jù)與結(jié)果，再通過物聯(lián)網(wǎng)模塊實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)端[6]。

2.1電氣控制組成

檢測(cè)與分揀系統(tǒng)包括五大子系統(tǒng)，其中激光檢測(cè)子系統(tǒng)仍采用激光隨動(dòng)定位機(jī)構(gòu)方案：普通電機(jī)帶動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)，光電傳感器作為開關(guān)信號(hào)控制電機(jī)啟停；支撐滾軸作為夾持固定平臺(tái)，螺母滑塊帶動(dòng)激光傳感器定位；升降氣缸調(diào)整豎直方向位置，利用絲杠將三爪氣缸送入鋼管端口內(nèi)，三爪氣缸張緊固定鋼管；三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)三爪氣缸旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)鋼管旋轉(zhuǎn)，由激光傳感器進(jìn)行檢測(cè)；回轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng)支撐滾軸旋轉(zhuǎn)90°后送出鋼管，三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)分揀轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)進(jìn)行廢品箱與合格箱的通道切換。

2.2PLC控制程序流程設(shè)計(jì)

該檢測(cè)系統(tǒng)可分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。其中，手動(dòng)模式分為控制激光傳感器左移、激光傳感器右移、激光傳感器上移、激光傳感器下移、三爪氣缸外移和三爪氣缸內(nèi)移。自動(dòng)模式下的具體過程：系統(tǒng)復(fù)位回到原點(diǎn)后，輸送模塊開始工作，待光電傳感器檢測(cè)到待測(cè)鋼管后，通過傳送帶將鋼管送到支撐滾軸上。之后，定位模塊工作，激光傳感器在滾珠絲杠帶動(dòng)下緩慢下移，當(dāng)激光傳感器檢測(cè)到待測(cè)鋼管后，初步確定鋼管直徑；確定直徑后，激光傳感器在滾珠絲杠帶動(dòng)下左移，檢測(cè)到待測(cè)鋼管左端口后，激光傳感器在滾珠絲杠帶動(dòng)下右移，檢測(cè)到待測(cè)鋼管右端口后停止移動(dòng)，從而完成對(duì)鋼管的定位。接著調(diào)整固定模塊，完成定位后，激光傳感器和支撐滾軸分別做調(diào)整，使激光傳感器在有效測(cè)量范圍內(nèi)，鋼管圓心與三爪氣缸圓心基本保持水平；調(diào)整完成后，三爪氣缸在滾珠絲杠帶動(dòng)下水平調(diào)整對(duì)齊鋼管端口，張緊固定；固定好后，支撐滾軸平臺(tái)在氣缸帶動(dòng)下下移。最后，檢測(cè)模塊、分揀模塊、伺服電機(jī)帶動(dòng)三爪氣缸旋轉(zhuǎn)，三爪氣缸再帶動(dòng)鋼管旋轉(zhuǎn)；激光傳感器從右向左緩慢移動(dòng)檢測(cè)，當(dāng)激光傳感器檢測(cè)完畢后，通過程序算法擬合，只要鋼管有一項(xiàng)不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則廢品通道打開，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐滾軸上移，三爪氣缸松開撤出，支撐滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°后將鋼管送出至廢品區(qū)；若鋼管所有指標(biāo)都處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐滾軸上移，三爪氣缸松開撤出，支撐滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°后將鋼管送出至合格品區(qū)。當(dāng)一根鋼管所有檢測(cè)工序都完成后，系統(tǒng)復(fù)位，傳送帶上的光電傳感器檢測(cè)并判斷是否有待測(cè)鋼管，若有，則繼續(xù)檢測(cè)下根鋼管；若無，則關(guān)閉設(shè)備[7-8]。

3軟件界面設(shè)計(jì)

圖2所示為軟件操作界面。在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各規(guī)格冷軋無縫鋼管的混合檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別并判斷當(dāng)前鋼管的型號(hào)并調(diào)取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)還可將每天測(cè)量所得結(jié)果進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)。

4結(jié)語

利用激光傳感器實(shí)現(xiàn)冷軋無縫鋼管外圍尺寸的不接觸測(cè)量，避免了現(xiàn)有測(cè)量法對(duì)工件和測(cè)量工具的損壞，提高了測(cè)量精度。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和整體運(yùn)行測(cè)試，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了冷軋無縫鋼管激光檢測(cè)與分揀的自動(dòng)化。與傳統(tǒng)檢測(cè)手段相比，控制系統(tǒng)界面功能強(qiáng)，檢測(cè)過程自動(dòng)化程度高，檢測(cè)結(jié)果精確度好，證明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和程序設(shè)計(jì)的可行性。

作者：宗克欣 張陳 胡文豪 陳澤民 徐成 朱仁杰 楊文睿 孫逸晨 單位：江蘇理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院