全自动平衡机控制系统中多机通讯的设计与实现

    0　引言

    动平衡是小型电机转子(如电动工具转子)产品的生产、制造过程中必须解决的一个基本问题,它对电机的工作性能、使用寿命和质量产生巨大的影响。特别是目前电机产品向高效、高精、高速和高可靠性方向发展,这对小型电机转子的动平衡要求也就愈发的凸显出来。电机转子的动平衡工艺有手工和自动之分。手工动平衡的缺点是显而易见的[1]。然而国内全自动平衡机市场长期为国外厂商,如德国申克、日本DSK和高技等公司所占有。因而研制出具有自主知识产权的全自动平衡机就显得非常重要。基于此,作者所在的课题组针对国内小型电机转子的特点,专门开发了适合国内电机转子生产工艺水平,具有完全自主知识产权的全自动平衡机,对其中的一系列关键技术进行了攻关。文献[2]主要对全自动平衡机的总体架构进行了设计和规划,划分出了整个系统的模块并归纳出了要解决的关键技术问题;文献[3]对平衡机的振动信号的分析与处理进行了研究,采用硬件二阶有源滤波、软件时域平均算法、互相关算法等措施有效地抑制了干扰信号的影响,准确而稳定的提取出了振动工频分量,从而提高了不平衡量的测量精度,为转子的去重平衡提供可靠保证;文献[4]主要介绍一种结合PLC和触摸屏,通过简单的操作即可完成的高精度的影响系数标定方法,这种方法对操作工基本没有专业技术知识要求,但是可以保证较高的转子的一次切割成功率;文献[5]则对平衡机转速控制和测试转子的自动定位技术进行了研究。

    全自动平衡机的控制系统包含了一个PLC主控器和若干个单片机[2],机器的各种数据,如振动信号、设定参数、转子转动步数、转子切割进给步数和横向走刀步数等需要在PLC和单片机之间传递。文中所讨论的问题是整个工作中的重要一环,即全自动平衡机控制系统中多机通讯的设计与实现。

    1　任务的提出

    当前主流的自动平衡机采用的都是检测去重分开的多工位方式,工位之间用机械手搬运转子。其基本工作过程是:转子不平衡量检测-转子搬运-不平衡量切割去重-转子搬运-复检。要实现这个过程,必须使用四只步进电机:即平衡机驱动步进电机、转子第二切削面转向步进电机、刀具水平走刀驱动步进电机和刀具垂直走刀驱动步进电机[2],这样需要四只高速脉冲输出模块。本文中选用的PLC是西门子S7-200系列的CPU224XP,它可提供2只高速脉冲输出模块(其他品牌和型号的PLC也最多提供2只),所以必须扩充。

    另一方面所有PLC的扫描周期是毫秒级的,而机器必须对周期为35Hz左右的的振动量进行采集,每个振动周期采集24点,这样要求的采样频率高达840Hz[3]。显然,PLC不能胜任振动数据采集的任务,只能采用单片机来完成此项工作。