摘要：通过对部件自动拆装以及检测的要求，设计出对应的控制方案，并通过搭建试验平台对方案进行验证。经试验验证，表明该控制方案能够满足对该任务的要求，达到了预期效果。
关键词：特种设备；智能化；应用
引言
近些年来，随着特种设备应用日趋广泛，特种设备的普及率及其应用率不断扩展，特种设备应用所带来的风险正在不断攀升。所以我们要对特种设备的检验过程不断进行强化，不断提高检验技术的水平，以防微杜渐，防患于未然。
1、系统概述
根据部件拆卸与检测的任务要求，整个系统的工作流程要求如图1-2所示。
图1 拆解检测流程图
图2 装配过程流程图
由图1-2所示，整个过程包括了拆解与检测以及装配。拆解过程中的拆解、检测与修复过程和装配过程中的内部部件装配、还原过程全部在平台本体上完成；整体运输在运输车平台上完成。系统平台设计如图3所示，系统包括三维移动平台、拧紧机、气动抓取工具、AGV小车、升降台、视觉系统、电气系统、气动系统以及上位机。
图3 平台设计图
2、控制系统整体设计
本平台以上位机做为人机交换以及系统综合处理中心，实现拆卸平台与运输平台以及视觉系统的整体控制；选用西门子S7-200型PLC为整个系统的逻辑控制核心，以实现逻辑控制并监控相关状态量，包括系统急停、三维移动平台运动控制与监测、拧紧系统启停回零与状态监测、气动系统控制与状态监测、系统逻辑保护、与视觉系统配合等等。系统控制框图如图4所示。
图4 系统控制框图
由图4可知，上位机通过RS485通信协议与PLC进行信息交换，实现系统的人机交换功能；通过Zigbee无线通信实现运输平台以及升降平台的控制，其中运输平台的处理器充当了升降台与上位机的中间转换器，将无线通信命令转换为I/O控制命令，以实现升降平台的升降功能；同时，在拆卸过程中上位机根据视觉系统的数据，向PLC发送控制移动平台以及拧紧机定位指令，以实现精密控制。系统通信组网图如图5所示。
图5 系统通信组网方式框图
3、三维移动平台控制设计
三维移动平台是实现待拆卸部件装检功能的机械平台，多轴机械手是整体装检装置的核心部件，是完成整个拆解过程的主要执行工具，待拆卸部件装检过程的搬运动作都靠机械手来完成。多轴机械手具有较高的定位精度及重复定位精度，即具有较高的机械结构精度及控制系统精度。由方案设计搭建的多轴机械手结构如图6所示。
图6 三维移动平台图
3个移动轴的实现过程为电机带动丝杠旋转，通过沿丝杠移动的螺母带动工作台做往复运动。选用YAMAHA标准机器人高功能多轴控制器RCX240-R-N-BB，该控制器最多可控制4轴，完全绝对位置功能保持时间延长，可靠性及易使用度也有极大提高。该控制器接受电机编码器信号，并且给驱动发送位置信号，实现驱动轴位置环的半闭环控制，内置标准运动控制算法，可实现三维平台的基本的插补运动功能。标准16I/8O输入输出端口，为平台提供输入输出点的逻辑控制信号。控制器装配了标准的RS-232Cl连线，与主机的数据通信是使用RS-232C连线进行的。控制器控制连接图如图7所示。
图7 控制器连接图
运输平台控制设计
移动小车是将XX部件搬运到拆解平台现场的运装置。运输平台包括AGV运输小车以及升降平台。选用AGV自动导引式小车，该小车可以实现通过在地板上粘贴磁性胶带轻松的设置行驶路线，通过粘贴标签实现加减速控制，上位机通过Zigbee无线通信实现对其控制操作。此种通信方式单点覆盖距离为50-300m；传输速率为250kbps；频段为868Mhz-2.4Ghz；安全性为128bitAES；集成度和可靠性高；使用成本低。该小车通过磁条导引识别地标，进行选择性站点停靠。升降平台搭载于运动小车之上，是将待拆卸部件精确定位到拆解工位的装置，设计中需考虑到定位时的顶紧力及精密定位。控制图如图8所示，其实物图如图9所示。考虑到由运动小车及升降台运动误差对待拆卸部件精确定位的影响，在机械结构上加入一套柔顺适应机构。精密定位通过球头与锥孔自动定心的原理设计的自动补偿机构结构进行修正来实现。待拆解部件放置在移动板（水平调整组件）上，移动板与竖直固定板之间靠滚珠机构间钢球滚动保持相对运动。在上升过程中利用移动板上的定位销与试验台上的定位锥孔柱的自定心作用进行自动对中。8个弹簧在升降台下降后将移动台归位。
图8 升降台控制框图
图9 升降装置实物图
拧紧机控制设计
为了保证待拆卸部件在装检过程中的稳定性，需要设计相应的拧紧装置，拧紧装置安装在多轴机械手上，其功能一是利用装在其末端的通用交换工具，换取不同的工具，来实现拆、装不同的待拆卸部件的零部件；二是利用其自身的转角及力矩扭紧功能，实现精确的角度控制及力矩控制。拧紧机控制框图如图10所示。由图10可知，上位机通过RS485通信向拧紧机控制器下载拧紧参数，PLC控制器通过与拧紧机控制器的I/O连接控制拧紧机的启停以及拧紧相关状态监测，并通过RS485通信上传到上位机中。拧紧机工作中拧紧机控制器对其进行实时的扭矩监测，保证其安全可靠的运行，当拧紧扭矩大于其设定阀值时，停止拧紧，并处于无使能状态，并通过I/O输出报警状态至PLC处，最终到达上位机软件，在进行拧紧程序下载之前需要进行拧紧机的回零操作，此过程需要PLC进行配合。
图10 拧紧机控制框图
结束语
针对某些部件全自动化拆卸与检测的任务需求，本文设计了专用的机电样机系统平台，解决了流程中的关键技术。平台系统包括自动运输、自动升降、自动拆卸以及自动检测子系统。应用上位机与PLC控制技术，通过通信，将各个子系统进行连接，以实现对各个子系统的综合控制。通过试验验证，该平台能够完成部件的拆、装作业；柔性处理及测量、检测。
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论文作者:丁泽鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/30
标签：平台论文; 系统论文; 部件论文; 上位论文; 所示论文; 如图论文; 控制器论文; 《基层建设》2019年第11期论文;