[发明专利]金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统

权利要求书

1.金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统，由运动控制系统和视觉检测系统构成，运动控制系统包括PLC子系统与伺服子系统；利用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW及RTSI技术来无缝地集成PLC子系统、伺服子系统和视觉检测系统，使其之间能够实现实时通讯、同步协调运行；

在加工流程中，PLC子系统控制着加工中心的大部分顺序动作；并利用FPO系列C32T可编程控制器，进行I/O分配，并搭建信号输入电路、输出负载电路；设计PLC子系统控制流程图，进而在FPWIN GR编程环境上编制梯形图、调试；基于Lab VIEW软件设计PLC与外部通信的程序；

伺服子系统负责加工中心各部分的进给控制，系统中虚拟仪器技术的硬件PCI-73588轴运动控制卡与交流伺服系统搭建硬件平台，控制刀具切削进给以及工作台变速定位运动；用LabVIEW软件编制了伺服子系统的控制程序，使控制对象按照所期望的参数运行；根据不同的控制要求，分别在速度控制模式和位置控制模式下控制伺服电机，并整定PID参数；

虚拟仪器的软件开发环境LabVIEW、VISA(Virtual Instrument SoftwareArchitecture)函数库以及RTSI技术把PLC子系统、伺服子系统、视觉检测系统有机地集成为一体，形成了一套多任务调度策略软件；金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统配有人机交互界面，操作技术人员可通过微机对测控功能简单的操作实现冲击试样的全自动加工；

所述的视觉检测系统完成工件的尺寸和形状的在线检测，不同环节的检测结果作为加工参数和质量控制重要信息。

2.如权利要求1所述金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统，其特征在于所述的PLC子系统、伺服子系统和视觉检测系统的集成与通信为：

以LabVIEW软件为连接桥梁有机集成了PLC技术、运控技术和视觉技术；利用LabVIEW辅以Motion运动控制模块设计编写伺服系统软件，并实现不同硬件之间的数据传输；辅助实现FPO系列C32T可编程控制器与图像采集卡间的相互触发；设计集成自动控制系统交互式软件操作界面，简化操作与控制系统的信息管理：

采集PLC各端口的状态值以及PLC与伺服控制器之间相互传输的一些控制指令，采用端到端的数据指令传输模式；选择了PC机的RS-232串口作为PLC 与运动控制器数据交换的通道；

LabVIEW软件中的VISA库，提供了针对串口通信的完整功能的组件，有5个串口通信节点，分别实现串口设置、串口读、串口写、串口缓存检测和串口暂停的功能，能方便地规定主机串口地址、从机地址、传送的数据量和一帧串行数据的格式；把PLC通过串口传输回来的命令通过专门算法转换成布尔值驱动控制器控制伺服进给；伺服进给到位后也是通过串口给PLC控制指令；PLC子系统与伺服子系统间的通信基本是靠VISA库来实现的；

RTSI(Real-Time System Integration)总线提供NI硬件产品之间的高速链接，实现硬件之间的实时触发，通过RTSI总线可以方便地将运动控制、数据采集、图像采集装置的多个功能同步到一个触发器或时间事件上；

该自动控制系统中采用的PCI-7358运动控制器和PCI-1409图像采集卡都配有：RTSI总线接口，通过RTSI总线实现运动控制与视觉检测系统间的触发信号共享，实现运动控制与图像采集的同步，从而有效地将它们整合成一个多功能集成系统。

3.如权利要求1所述的金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统，其特征在于，所述的金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统的软件体系结构为：

根据windows系统及LabVIEW软件的多线程机制，建立冲击试样加工中心集成系统控制软件的多线程模型，将金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统中管理、控制功能实现分作若干个模块，分别置于独立的线程中；根据实际生产的要求，将系统控制软件分成硬件初始化模块、参数设置模块、外部信号采集模块、系统控制模块、故障诊断模块、数据保存模块、系统动态显示模块；

集成控制系统的软件模块是软件系统的调度核心，该软件模块每循环一次就对外部输入数据进行处理，根据处理结果调用对应的子任务；而不受它控制的任务则作为并行的子任务运行；

集成控制系统的软件模块实现以下几项实时任务：

(1)外部数据采集任务外部数据采集任务需要实时捕捉到PLC的各端口状态的变化，并及时将数据传输到系统控制模块进行处理，故其优先级最高；

(2)系统控制任务对外部输入数据进行实时处理，并根据数据处理结果马上 输出控制信号，控制对应的子任务；对紧急任务的控制，优先级与外部数据采集任务的优先级相同；非紧急的控制任务优先级次之；

(3)报警任务报警任务并不经常发生，产生故障信号时，必须实时处理，所以其优先级必须设为最高；

(4)系统动态显示任务及数据保存任务集成系统中动态显示任务包括：PLC子系统、伺服子系统和视觉检测系统的运行状态显示，试样尺寸及图像显示；这个任务是非时间临界的，所以其优先级低于外部数据采集等任务的优先级；数据保存任务仅仅是保存一些加工数据，其优先级设为最低；

在本自动控制系统中选择了4个执行子系统，使用了3个优先级；

考虑到金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统的实时性要求，外部数据采集、系统报警任务及系统控制任务的优先级都设置为High Priority；动态显示任务的优先级设为Above normal Priority；数据保存任务的优先级为NormalPriority；在运行过程中，选择了High Priority优先级的任务将顺序执行，第一个任务执行到一定时间，将被放到队列尾，第二个任务将继续执行，依次类推；虽然外部数据采集任务、报警任务及系统控制任务都处于同一优先级，但执行子系统不一样，完全可以保证三个任务实时运行；

优先级最高的外部数据采集任务采用固定时间间隔策略来调度，它设立了Wait等待函数，而且其实际执行时间远小于其等待时间250ms，因此可以把每个周期中剩余的时间留给低优先级任务使用；同样，动态显示、数据保存等任务也构成了自己的优先级队列，任务也是顺序执行的；如果碰到高优先级任务，就会被挂起，直到高优先级任务运行完成；

金属冲击试样自动化加工装置的自动控制系统中的报警任务采用事件驱动调度策略，在系统运行过程中，报警任务一直处于等待状态，由系统控制任务模块负责判断是否满足报警条件，如果满足报警条件，就设置报警事件；报警任务接收到报警事件后就会被激活，执行报警功能。