资源描述：
基于嵌入式软P L C 的3 A 2 1 真空钎焊过程控制系统开发 De vel opm en t o f 3 A21 va cuum b r az i n g pr oces s cen t r eI s ys t em bas ed on em bedded sof t PLC 谢俐’ ，何勇 ，杨廷鸿。 XI E L i ’ ，H E Y b n g ，Y ANG T i n g - h o n g 1 ． 重庆电力高等专科学校，重庆 4 0 0 0 5 3 ；2 ． 重庆市实验中学，重庆 4 0 1 3 2 0 ；3 ． 后勤工程学院，重庆 4 0 1 3 1 1 搞要 3 A 2 1 波导零件对焊接质量有较高的要求，采用真空钎焊能显著提高零件的成型质量。通过分析 零件的钎焊工艺，设计基于嵌入式软P L C 的过程控制系统。在带有C o D E s y s 的P C 端编辑P L C 程序 ，通过嵌入式A R M 控制器，在V x Wo r l s 操作系统上执行编译的P L C 程序，按钎焊工艺监 控真空钎焊过程。应用表明，该系统兼具P L C 的可靠性和嵌入式系统的实时性，可实现钎焊过 程的在线监控。 关键词波导零件 ；真空钎焊；嵌入式软P L C；A R M 中图分类号T G 4 3 9 文献标识码 A 文章编号 ；1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 5 1 1 下 一0 1 5 0 0 3 Do l 1 0． 3 9 6 9 ／ J ． 1 8 8 n． 1 0 0 9 -0 1 3 4． 2 0 1 5 ． 2 2 ． 4 2 0 引言 3 A 2 1 波 导零件广泛用于制造各类 天线 ，具有较好 的可塑性和耐蚀性 。但其结构复杂，对零件的焊接要求 较高，既需要确保焊接质量 ，使焊缝匀实、无夹渣 ，根 部圆角不超过0 ． 3 mm，又要控制 13 径的形变大小，维持 变形量在 0 ． 0 2 m m以内” 0 】 。实践表明，真空钎焊是制 造3 A 2 1 波导零件的主要手段，且相关技术成熟，焊接 过程 中无需配置钎剂、无污染，焊 后形变小，焊缝组织 致密 、一致性好。但钎焊质量很大程度上取决于钎焊温 度、真空度等参数的控制，而焊接质量也直接影响波导 零件的电气性能，因此，必须合理控制真空钎焊参数 ， 确保焊接质量。 嵌入式软P L C E mb e d d e d S o ft P L C，E S P L C是基 于I E C6 1 1 3 1 发展而来的一种开放式工业控制方案 。该方 案兼具传统P L C 控制的可靠性和嵌入式系统的实时性 ， 通过多任务内核实现过程状态的在线控制 。本文结合 3 A2 1 波导零件 的真空钎焊工艺，利用E S P L C 实开发了 对钎焊温度 、真空度等参数的过程控制系统。 1 波导零件的真空钎焊工艺 某波导零件的三维结构如 图1 所示，需要焊实法兰 盘和波导管的连接处，焊缝间隙约0 ． 6 mm。其钎焊工 艺为 】 配件放入温度8 0 ℃、浓度3 0 ％的硫酸中浸洗约 1 0 s ，冷水冲洗后置于浓度3 0 ％的硝酸 中浸洗 1 0 s ，热水 洗净后干燥一钎焊炉 内装 波导零件 一焊缝 间隙 内装钎 料一抽真空使炉内为6 ． 5 8 4 X 1 0 一 a t m，通1 ． 3 2 X 1 0 a t m 氩气、4 mi n内加热使炉温升到5 5 0 ℃一关闭氩气 ，使炉 内真空度 为1 ． 3 l x 1 0 。 a t m一继续升温使钎件温度 达到 6 1 0 C，停止加热 ，并保温5 I n i n 一通氩气冷却到 1 0 0 ℃以 下，开炉取件。 图1 某波导零件的三维结构 2 控制方案 真空钎焊炉是3 A 2 1 波导零件钎焊的主体 设备 ，在 钎焊过程 中，需要按工艺要求抽真空、充气、加热、冷 却，如 图2 所示。抽真空是一个顺序控制过程，主要涉 及对开关量的控制，炉门关闭后，主泵扩散阀开始预动 作，旁路泵预抽真空 ，炉内真空低于9 ． 8 X 1 0 ’ a r m，罗 茨 阀、扩散 阀、机械阀组动作 ，将炉 内真空 降低到约 6 ． 5 8 4 X 1 0 一 a r m。钎焊加热是一个非线性 、迟滞、强耦 合控制过程，需要在规定时间内控制钎焊温度，使焊件 温度达到工艺要求，如图2 所示 。 收稿日期2 0 1 5 - 0 8 - 3 0 作者简介谢俐 1 9 8 0一，女，I 1 1 成都人，副教授，硕士，研究方向为过程控制、自动控制和电子信息应用等。 [ 1 5 0 1 第3 7 卷第1 1 期2 0 1 5 --1 1 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l } 嚣 ； l 0 、 一 l 。 、 m l O， 、m l ， 、5 ∞ l O“ ， 、Ⅷ l o- g 、Ⅲ l 旷 ’， 、2 帕 1 0- 4f 、l 蚰 r I O 加 3 o 4 0时 阿 - 图2 3 A2 1 波导零件冥空钎焊爹数控制 为确 保参数控制 的精度和可靠性 ，系统采用 闭环 控制方案 ，如 图3 所示。炉 内配置真 空计和热电偶，抽 真空时，以真空检测为控制标准，顺序控制开关阀组状 态；加热时，热 电偶检测炉 内温度 ，由P I D控制器调节 直流激励 。 广 一 一 I I 钎焊 参 数 I I I - 一 一 图3 控制方案 3 E S P L C 系统设计 3 ． 1 E S P L C 框架结构 E S P L C框架结构如 图4 所示，包括开发系统和运行 系统嘲。开发系统基于P C 环境和I E C 6 1 1 3 1 3 编辑规则 ， 通 过C o DE s y s 编辑P L C 梯形 图，编译生成控制代码 运 行环境基 于嵌入 式A R M控制器和V x Wo r k s 操作系统 ， 识别编译下载的控制代码 ，V x Wo r k s 执行相关指令，由 ARM控制器发出控制信号 ，驱动各类开关阀组 、磁性 调压设备，确保炉内达到理想的钎焊环境。 对于钎焊炉 的E S P L C，一是需要配置A R M控制器 及Vx Wo r k s 操作系统 ，便于写入嵌入式P L C 指令，并按 3 A 2 1 波导零件的焊接工艺控制钎焊参数；二是在A R M 控制器和钎焊炉间配置C A N总线通信 ，利用C AN 通信 控制真空阀组等I ／ O。 厂 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 Vx Wo r l I l l 一 真空计 l l 热电偶 } I加热电源l l I ／ O 图4 E S P L C框架 3 ． 2 E S P L C 硬件设计 依据E S P L C 框架 ，硬件部分要实现对真空钎焊炉 的过程控制，开发硬件为装有C o D E s y s 软件的P C 机 ， 控制硬件 为A R M控制器和真空钎焊炉电控系统 。如图 5 所示 ，嵌入式系 统配 置外部 输入 触摸 屏、L E D按 键 、通信 接 口 US B、C AN、UART和内部存储 S RAM 、No r Fl a s h 。 图5 嵌入式模块 AR M控制器 为适 于工业控制 的3 2 位ARM7 内核和 增强型I ／ O的S T R7 3 0 F Z，具有丰富的外设资源 ，含有 l l 2 个 多功能双向I ／ O、4 个4 通道DMA、1 0 个1 6 位定时 器 ，为钎焊过程控制提供 良好 的外设选 择。片上通信 接 口丰 富，带有2 个I I C口、3 个S P I 、4 个UAR T和3 个 C AN 接 口，可实现钎焊设备与嵌入式A R M的C A N总线 通信 。控制器包含l 6 个AD C1 0 模块 ，其转换效率高， 便于采集 、转换钎焊过程 的温度 、真空度 。该控 制器 内置多个快速 中断，6 4 个可屏蔽I R Q、1 6 个外部中断， 第3 7 卷第1 1 期2 0 1 5 1 1 下 [ 1 5 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 片上具有高速的存储器 ，集成高速单 电压2 5 6 K F l a s h 和 片内高速 1 6 K R A M。该控制芯片采用5 V电源供 电，包 含S L O W、L P WA I T 、WA I T 、S T O P 和H A L T 5 种节 电模 式，通过6 MHz 晶振产生振荡时钟，由内部R C驱动唤醒 S T O P 模式，以适于不同批量波导零件钎焊的过程控制。 外部输入采用触摸屏和L E D 按键 ，触摸屏配置L C D 变换器 ，按键 由G P I O 总线与A R M控制器连接。C A N模 块采用GAL1 6 V8 控制器 ，铜鼓CAN总线控制钎焊炉I ／ O；A R M端并入MA X 3 2 3 2 电平转换 ，与P C 进行串 口通 信，便于实现P L C 程序的下载。 3 ． 3 E S P L C 软件设计与功能实现 1 E S P L C软件设计 E S P L C 软件 由应用层、系统层和设备层组成口 】 。应 用层基于V x Wo r k s 操作系统 ，服务钎焊过程监控 ，主要 按工艺设定钎焊真空度和温度等参数，实时采集 、显示 钎焊数据 。系统层为嵌入式A RM控制器，响应Vx Wo r k s 操作指令，使真空钎焊炉 的控制过程满足3 A2 l 波导零 件的钎焊需求。设备层主要是真空钎焊炉的电控 阀门、 模块等。 2 3 A2 1 波导零件钎焊控制 上 电后 ，A R M控制器通过C A N ． B US 检 测各I ／ O 状 态，HMI 输入钎焊工艺所需的真空度和温度 ，系统 自动 I 玎UI 数据 控制 采集 丁 广 ● Vx Wo r l操作系统 一 S T R7 3 0 F Z { t t H MI 热 电偶 真 空钎焊 炉 图6 E S P L C 软件结构 运行 ，监测过程数据，实现对波导零件钎焊过程的智能 控制 ，如图7 所示。 4 结论 真空钎焊是一个复杂的非线性、多变量、强耦合的 控制过程，鉴于3 A2 1 波导零件对焊接质量 的高标准要 求 ，采用兼具P L C 可靠性、嵌入式实时性等特征，设计 基于嵌入式软P L C 的控制系统。在P C 端，利用C o D E s y s 开发 、编译P L C 程序 ；钎焊炉控制端 ，配置A R M控制 I 1 5 2 1 第3 7 卷第1 1 期2 0 1 5 -1 1 下 图7 3 A2 1 波导零件钎焊控制流程 【 下转第1 5 6 页】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 根数 1 0 5 0 1 0 0 5 0 0 1 00 0 5 h 9 h a 周外 同类产品加工效率图表 1 0 5 0 1 0 0 5 0 0 1 00 0 5 h 9 h 图8 加工对 比 时间 m i n 时间 ra i n 从图上可以看出与国外同类产品相 比较短线加工效 率要比之低，而大于3 0 m m以上的线 比之高，常用档是 3 0 mm以上 的。 4 结束语 由于采用步进 电机作为驱动元件 ，导线输送采用 摩擦式驱动轮传动方式，电控采用半闭环控制，当传送 轮正反转 时会引起导线输送时张力的波动，短线尤为明 显，解决办法可考虑调整驱动轮压紧装置的弹簧力进行 一 定的改善。综述 以上特 点，比国外 同类产品加工效率 高，成本低，采用单片机控制技术应用灵活，随着制造 业科学技术的不断提高，可开发具有更多功能的升级设 备，也可扩展接 口实现联机 中央控制中心 自动加工 生 产，本机具有广泛的技术提升空间。 参考文献 【 l 】 张幽彤， 陈宝江． MC S 8 0 9 8 系统使用大全f z 】 ． 【 2 】 张建 国，林健东．DI C E - 5 9 2 8 超强通用单片机开发系统使用手册【 Z 】 ． 盘‘ 出‘ 矗‘ 岛‘ 蠢‘ 童‘ 国‘ 童● 矗‘ 童● 重● 蠡● 蠢‘ 蠡I 蠡I 蠡● 蠡‘ ． 矗‘ 盘‘ 蠡‘ 蠡‘ 童‘ 蠡‘ 【 上接第1 5 2 页】 ． 器和Vx Wo r k s 操作系统，通过Vx Wo r k s 系统处理编译的 P L C 程序，由A R M控制钎焊炉过程参数，实现了波导零 件制造的智能控制。 参考文献 【 l 】 冯展鹰， 曹慧丽， 冯杏梅 ． 铝合金毫米波构件 真空钎焊工艺 【 J 】 ． 电 子机械工程， 2 O l O ， 2 6 6 4 5 4 7 ． 【 2 】杨鑫鑫， 侯凯， 赵立， 等． 高精度异型复杂波导器件真空钎焊变形 控制研究[ J 】 ． 航天制造技术， 2 O l 1 , 6 2 6 - 2 8 ． 【 3 J 吴玉香， 周东霞， 林 锦赞． 嵌入 式软P L C系统 的研 究和实现 [ J 】 ． 计 算机工程， 2 0 0 9 ， 3 5 0 o 2 3 5 ． 2 3 7 ． 【 4 】秦岩， 代伟， 杨杰， 等． 基于软P L C 技术的磨矿过程运行控制系统 机实验【 J 】 ． 东北大学学报 自然科学版， 2 0 1 5 ， 3 6 3 3 0 9 3 1 3 ． [ 5 】 李亚江， 王娟， 刘强 ． 有色金属焊 接及应用[ M] ． 北京 化学工业 出 版社．2 o o 6 ． [ 6 】6 姜娟， 冯萍， 康继昌． 嵌入式软P L C 开发系统研究[ J 】 ． 科学技术与 工程， 2 0 1 1 , 1 1 3 4 9 4 4 9 8 ． 【 7 】 邹志 强， 张浩， 马玉 敏， 等． 矿 山设备控 制系统 中的软P L C的设计 与实现 I J 1 ． 制造业 自动化，2 0 0 7 ， 2 9 6 5 3 ． 5 5 ． 童● ● 量● 重． ． ‘ - ■● j重- 蠡‘ 蠡‘ ， ‘ ． 童‘ 童‘ ， 量‘ - 矗● 矗I 矗I 矗I ●矗‘ 童‘j蠡● 童● 蠡● 重‘ 重 广告索引 柯马机器人⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯封面 罗克韦尔 自 动化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯封二 中船重工 河北 清洗机有限公司⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯封三 西班牙P E电气 中国⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯封底 [ 1 5 6 1 第3 7 卷第1 1 期2 0 1 5 1 1 - F 施耐德电气⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 前彩1 施迈赛工业开关制造 上海有限公司⋯⋯⋯⋯” 前彩2 正泰 电器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 前彩3 北京机械工业 自动化研究所⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 前彩4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
展开阅读全文
