金属板材液压成形监控系统的设计与开发.pdf

2 0 1 1年 5月 第 3 9卷 第 l O期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I C S Ma v 2 01 1 V0 1 ． 3 9 No ． 1 0 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 0 ． 0 3 1 金属板材液压成形监控系统的设计与开发 刘杰 。阳林 1 ．广州番禺职业技 术学院，广东广州 5 1 1 4 8 3 ； 2 ．广东工业大学，广 东广州 5 1 0 0 0 6 摘要以 v c 6 ． 0 、A D O数据库引擎和 Mi c r o s o f t A c c e s s 数据库为工具，以模块化和面向对象的编程理念开发了板材 液压成形监控系统 ， 重点介绍该系统的加载曲线数据管理模块、采样数据管理模块、曲线动态显示模块和液压机动作及加 工过程控制模块的编程实现方法。该系统实现了上位机控制液压机动作、选择加载工艺曲线 、动态监控工艺过程、采集和 管理实验数据等功能，实现了液压成形过程的智能化、自动化、信息化和柔性化。 关键词板材液压成形；监控系统；软件开发 中图分类号T P 2 7 4． 2 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 01 0 2 5 S h e e t M e t al - hy d r o f o r mi n g M o n i t o r i n g S y s t e m De s i g n a nd De v e l o p me nt UU J i e ．YANG L i n 1 ． G u a n g z h o u P a n y u P o l y t e c h n i c ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 1 4 8 3 ， C h i n a ； 2 ． G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， G u a n g z h o u G u a n g d o n g 5 1 0 0 0 6 ，C h i n a Ab s t r a c t Wi t h the p r o g r a m m i n g i d e a o f mo d u l a r i z a t i o n a n d o b j e c t - o ri e n t e d ，t h e mo n i t o ri n g s y s t e m o f s h e e t h y d r o f o r m i n g w a s d e v e l o p e d b y VC6 ． 0．ADO d a t a b a s e e n g i n e a n d Mi c r o s o f t Ac c e s s Da t a b a s e a s t o o l s ．P a r t i c u l a r e mp h a s i s Was l a i d o n p r o gra mmi n g r e a l i z a t i o n me t h o d o f l o a d c u r v e d a t a ma n a g e me n t mo d u l e ，s a mp l i n g d a t a ma n a g e me n t mo d u l e ，c u r v e d y n am i c d i s p l a y mo d u l e，h y d r o s t a t i c ma c h i n e mo v e me n t a n d p r o c e s s c o n t r o l mo d u l e ．T h i s s y s t e m h a s r e ali z e d h y d r o s t a t i c ma c h i n e mo v e me n t c o n t rol i n u p p e r c o mp u t - e r ，p r o c e s s l o a d c u r v e s e l e c t i o n，p roc e s s d y n a mi c mo n i t o ri n g，e mp i ri c al d a t a ma n a g e me n t f u n c t i o n and e t c ． I t h a s r e a l i z e d i n t e H i g e n c e ，a u t o ma t i o n，i n f o r ma t i o n and fl e x i b i l i t y i n t h e h y d r o f o r mi n g p roc e s s ． Ke y wo r d s S h e e t me t a l - h y d r o f o r mi n g ；Mo n i t o r i n g s y s t e m；S o f t w a r e d e v e l o p me n t 1 液压成形原理及其对监控系统的功能要求 液压成形属于金属特种成形工艺，近年来得到了 大力发展并广泛应用于汽车、航空航天、厨卫用具等 制造领域。液压成形技术就是采用水 、油或其它液体 介质传递压力，使坯料在液体介质压力作用下紧贴刚 性凸模或凹模成形。这种工艺具有模具成本低、模具 制造周期短、成形极限高等特点。与传统工艺相比， 液压成形后的零件精度高、表面质量好 ，尤其适合于 形状复杂、成形难度大 、精度要求高的薄板零件的拉 伸成形。图1为所设计 的双凹模成对液压成形原理 图⋯。控制系统方案如图 2所示 ，用一台三菱 P L C F X 2 N - 8 0 M T 作为下位机，根据预先编制的工艺程 序控制液压机的各种动作和液压力加载。计算机作为 上位机，用来完成管理级别上的数据采集和流程监 控。上位机监控系统要实现的功能如下 1 在计算机上可以实时监控 P L C内软元件工 作状态或干预 P L C某些具体输入输出信号； l 一 油箱2 一 过 滤器3 一 油泵4 一 电机5 _ - 变 频 器6 一 溢流 网 7 一压力表8 一换向阀 9 一单 向I爵 l O ～增压缸 图 1 成对液压成形原理图 2 可方便地建立、修改或选择预加载的液压 力曲线形式； 3 可以动态显示加工过程中现场压力的变化 ； 4 可 以对 实验数据进 行保存 、导 出等管 理 收稿 日期 2 0 1 0 0 52 4 基金项目广州市重点科技攻关项目 0 2 0 0 4 6 作者 简 介刘 杰 1 9 7 4 一 ，男，工 学 硕 士，讲 师，研 究方 向为 板 材 液压 成 形 及模 具 C A D 、C A M、C A E 。电话 1 5 9 1 8 4 0 8 6 4 2 。E m a i l l i u j i e g l 1 8 1 6 3 ． c o rn。 第 1 0期 刘杰 等 金属板材液压成形监控系统的设计与开发 1 0 3 操 作 。 图 2 液压成形控制系统 2 软件开发方法及软件结构设计 2 ． 1 开发工具的选择 该系统的开发工具选用 Wi n d o w s 操作系统平台上 的 V i s u a l C 6 ． 0 。在众多基于 Wi n d o w s 面向对象程 序设计语 言中，V i s u al C6 ． 0具有功能强大、实 时性强、与硬件接 口方便等优点。数据库是计算机监 控系统的基础，该系统的所有功能都是直接或间接的 与数据库相关联。根据该系统的特点和现有流行数据 库的应用情况，该系统以 V i s u al C 6 ． 0为编程语 言 ，通过 A D O数据库引擎操作 Mi c r o s o f t A c c e s s 数据 库。 2 ． 2开发方法及软件结构 软件开发的方法有多种，例如，模块化方法、数 据化方法、面向数据结构方法、面向对象方法等等。 任何一款软件都不是使用单一方法开发完成的，都需 要两种或几种方法的综合运用 。根据该监控系统的功 能要求 ，再结合所使用编程工具的的特点，该系统主 要使用了模块化和面向对象的开发方法。 首先， 、 把待开发的软件分解成若干较为简单的部 分 模块 ，每个模块分别独立地开发、测试 ，最后 再组装出整个软件 根据此原则 ，该系统 由大到小、 由上到下的软件结构如图3所示。 面向对象技术是一种以对象为基础，以事件或消 息来驱动对象执行处理的程序设计技术，它将数据和 对数据的操作封装在一起，作为一个整体来处理，采 用数据抽象和信息隐蔽技术 ，将这个整体抽象成一种 新的数据类型类 ，并且考虑不同类之间的联系和 类的重用性。另一方面，面向对象程序的控制流程 由 运行时各种事件来触发 ，而不是 由预定顺序来决定， 更符合实际。事件驱动的执行 围绕消息的产生与处 理 ，靠消息循环机制来实现。更重要的是，可以利用 不断扩充的V i s u a l C 6 ． 0 M F C类库，在实际编程 时可以采用搭积木的方式来组织程序。以下采用面向 置 置 1 I 鸯 I l 理 I I 理 l I 示 l l 示 fll f I I茎 I I 动 I I 态 I I液压机 萋l i 3-磊 示I I 上位机监控管理模块 通讯模块 下位机控制模块 液压机顺序动作控制 成形力、压力边曲线实现 数据采集 P I D 控制输 出 图3 液压成形监控系统软件结构 3 监控系统主要模块 的设计与实现 利用 V C 6 ． 0创建的 M F C应用程序有 3种典 型结构，分别是单文档应用程序、多文档应用程序和 对话框应用程序。该系统偏向于监控，不涉及文档处 理，所以选择对话框应用程序类型。对话框实际是窗 口的特例 ，用户通过对控件 编辑框 、按钮等 的 操作 ，为应用程序提供必要的信息 ，或选择应用程序 的功能，应用程序通过对控件消息的响应 ，完成与用 户的交互，它的优点是速度快，代码相对少 J 。 3 ． 1 加栽 曲线数据管理模块 该模块实现了拟加载成形力和压边力曲线的编制、 修改、删除、备份、预览功能。界面如图4所示。 图4 加载数据管理 编程要点 1 该对话框采用的是非模式对话框。虽然较 模式对话框编程复杂 ，不过其优点也是明显的。这个 窗 口的打开并不影响系统其他功能的使用 ，并可以随 时把预加载曲线与实时采集的动态曲线作参照对比， 这在监控中是很有价值的，采用模式对话框则做不到 这一点。 1 0 4 机床与液压 第 3 9卷 2 右侧 的曲线名列表框 中的项 目，需要在该 对话框初始化函数 C P r e v i e w O n l n i t D i a l o g 中调用另 一 个 自定义函数 C P r e v i e w R e a d t o L i s t V i e w ，对曲 线名数据表进行查询并显示结果。另外，为保证列表 中的成形力和压边力分开显示，用了查询两次、显示 两次 的方法 。 3 曲线预览 的实现。系统中的每一条成形力 和压边力曲线都存放到一个独立的数据表中，要预览 一 条曲线 ，就要把数据库 的当前链接建立到目标表 上 ，这种频繁更改数据库链接对象的常规方法并不值 得提倡。解决的方法是专门建一个表 p l a n用来临时 存放要显示的数据且这个表与数据库保持常态链接。 当需要预览某条 曲线时，在 p C o n n e c t i o n 对象 的 E x e c u t e函数中执行预先生成 的动态 s q l 语句，把待显示 的数据拷贝到 p l a n表中。为保持 p l an 表中的数据为 最新 ，在每次拷人数据前要清空它。 4 该模块 的弹出对话框比较多，按常规 的方 法，一个弹出对话框关联一个对话框类 ，代码相当冗 长，故不采用。只建了一个对话框 ，也仅有一个对话 框类与之对应 ，实现了相同的效果又精简了代码。用 户点击不同的功能时，在此对话框未弹出之前的初始 化过程中，临时设置它的标题栏和其他功能按钮；同 时，把一些不需要的功能按钮隐藏。采用了s w i t c h ⋯ c a s e 语句。其部分关键代码如下 s w i t c h m n D o Wh a t { c a s e 1 S e t Wi n d o w T e x t ” 增加新 曲线” ； b r e a k； c a s e 2 S e t Wi n d o w T e x t ” 修改曲线形状” ； S e t D l g I t e m T e x t I D C B T N N E W_ C R E A T E， ” 重 命名” ； S e t D l g I t e m T e x t I D O K， ” 退出 ” ； G e t D l g I t e m I D C A N C E L - S h o w Wi n d o w S W H I D E ； b r e a k； c a s e 3 S e t Wi n d o w T e x t ” 备份曲线” ； S e t D l g I t e m T e x t I D C B T N N E W C R E A T E， ” 备 份” ； S e t D l g I t e m T e x t I D C A N C E L ， ” 放弃” ； G e t D l g I t e rn I D C _ B T N N E W MO D I F Y 一 S h o w Wi n d o w S W H I D E ； ． G e t D l g I t e m I D C _ B T N N E W D E L 一 S h o w Wi n - d o w S W H I D E ； 5 新建和修改曲线对话框中，设置了备注栏。 在新建曲线时，可 以对 曲线上 的关键压力点添加说 明，例如最大值、最小值、极值、拐点、驻点等， 这样在修改曲线形状时，可以考虑首先修改那些关键 点压力值，做到有 的放矢 ，使前后实验更具有对照 性 。 3 ． 2 采样数据管理模块 该模块包括实时数据管理和历史数据管理两部 分。实现了实验过程数据的保存 、查询、备份、删除 和输出打印等功能。 编程要 点 1 为使实时数据和历史数据保持相 同的显示 格式又能得到区分，并方便地把实时数据转为历史数 据，数据库中建立了两个表 ，分别为 s a m p l e和 h i s t o r y 。再利用 p R e c o r d s e t 对象的 O p e n函数和 p C o n n e c ． t i o n对象的 E x e c u t e 函数执行 8 q l 语句完成表内和表间 操作 引。 2 在加工过程 中，数据库始终与实时数据表 s a m p l e 保持链接的，但用户要经常地打开加载曲线数 据管理模块中的曲线预览功能来查看加工效果，这又 要求数据库断开当前链接而改接到其他表上去，这势 必造成数据库异常出错 。解决这个问题的有效办法是 再建立一个记录集对象 p R e c o r d s e t l 。在 A P P类的头 文件中做如下声明_ R e c o r d s e t P t r m p R e c o r d s e t l 。 3 为保持数据的唯一性，方便 日后 的查 询， 在 s a m p l e 表中要有主键并设置为 自动编号。 4输 出打印的方法 A c c e s s是桌 面数据 库， 利用 V C 的文件操作功能，可以把库文件导出到 一 个指定的计算机路径下，即达到保存数据的功能。 生成的文件是 m d b格式 A c c e s s 可识别格式 ，再利 用 A c c e s s自带的打印功能打印任何一张数据表，还 可以利用 A c c e s s 工具菜单中的 “ 用 M S e x c e 1 分析” 把数据曲线化并打印出来。 3 ． 3 曲线动态显示模块 该模块实现了采集数据以实时动态曲线显示的功 能，在加工结束后还可通过拖动滚动条浏览整条历史 曲线，方便与加载曲线对比，分析实验结果。 编程要点 1 为在加工结束后，曲线还能够保 留并重新 浏览，就不能简单地把采集到的实时压力值送给显示 模块，而应该把待显示的横坐标和纵坐标值与数据库 相连，即时存储，即时显示。当前显示的值是刚刚存 人数据库的值。需要浏览历史曲线时，读取数据库并 第 1 O期 刘杰 等金属板材液压成形监控系统的设计与开发 1 0 5 显示 即可 。 2 由于动态显示过程中，伴随着即时数据的 存储和提取 ，数据库的记录指针总是停留在当前位置 数据库的末端 。此 时若去操作水平滚动条去读取 历史数据 ，势必造成数据库的异常出错。同样道理， 这时候也不能去操作采样数据管理模块和加工工艺选 择模 块。为 了避免 用户误操作 导致系统 异常，在 “ 监控开始”按钮的响应函数中隐藏以上 3个功能按 钮，在监控结束按钮被点击后 ，这些功能被重新激 活。 3 MS C h a r t 控件的应用方法 A c t i v e X控件 又称 o c x基于 C O M技术 ，作 为独立的软件模块，它可以在任何程序设计语言中插 入使用。作者仅 以 V C为例说明 C h a r t 控件 的使 用 。 C h a r t 控件指 M s c h a r t ． O C X 5 ． 0版 或 Ms c h r t 2 0 ． O C X 6 ． 0版 ，是 V i s u a l S t u d i o自带的 A c t i v e X控件之一， 其属性 、事件很多，功能非常强大，可实现柱状直方 图、曲线走势图、饼状比例图等，甚至可以是混合图 表，可以是二维或三维图表，可以带或不带坐标系， 可以 自由配置各条 目的颜色、字体等等。 在用到 C h a r t 控件的项 目中安装该控件从 P r o j e c t A d d t o P r ID j e c t - - * C o m p o n e n t s A n d C o n t r o l s - - - R e g i s t e r e d A c t i v e X c o n t r o l s ，选择 C h a r t 控件 ，则 C 1 a s s Wi z a r d 会生成相应 的 c类，其 中类 C M S C h a r t 是 由 C Wn d 派生来的，它是 C h a r t 控件的主要类 ，其他的 类全部是由 c O l e D i s p a t c h D r i v e r 派生来 ，控制控件中 的相应对象 ，完成各部分相关功能 ，如 C v c A x i s 类是 实现坐标轴相关功能的。C h a r t 控件至少有 4 5个 属 性、9个方法 、4 9 个事件，在这里不一一列举。 在设计中，可以在主要属性页里修改各属性的属 性值 ，有些属性在主要属性页里没有列出，只能编程 修改。另外，如要动态绘制曲线，必须掌握对控件的 编程控制。 首先在对话框类中定义控件变量 ，以便编程时操 纵控件。如对话框类定义如下 c l a s s C A b c D l g p u b l i c C D i al o g { p u b l i c C A b c D l g C Wn d p P a r e n t N U L L ； ／ ／ { { A F X D A T A C A b c D l g e n u m {I D D I D D _ A B C D I A L O G } ； CMS Ch a r t m Ch a r t ； ／ ／ } } A F X D A T A ⋯⋯ } ； A c t i v e X控件的属性和方法在控件内部对应唯一 一 个整数索引值，编程时可以通过索引来设置或获取 控件的属性值 ，也可以通过调用控件的 C 类 在 这里就是 C MS C h a r t 的成员函数设置或获取控件的 属性值及调用控件的方法。例如 在 C MS C h a r t 类实现中有如下代码 C S t r i n g C M S C h a r t G e t D a t a { CS t r i n g r e s u l t ； I n v o k e H e l p e r 0 x 9 ， D I S P A T C H P R O P E R T Y G E T ， V T - B S T R， v o i d -k r e s u l t ， N U L L ； r e t u r n r e s u l t ； } v o i d C MS C h a r t S e t D a t a L P C T S T R l p s z N e w V al u e { s t a t i c B Y T E p a r m s [ ] V 一 B S T R； I n v o k e H e l p e r O x 9， D I S P A T C H _ P R O P E R T Y P U T ， V T - E M P T Y， N U L L ， p a r m s ， l p s z N e w V al u e ； } v o i d C MS C h a r t R e f r e s h { I n v o k e H e l p e r D I S P I D _ R E F R E S H DI S PATCH ．ME THOD， VT EMP TY， NULL， N U L L ； } 这段代码表明属性 “ D a t a ”索引值为 0 x 9 ，可 以调用函数 S e t D a t a 对图表 中某点的值进行设置。调 用 “ R e f r e s h ”进行刷新 。如 CS t r i n g s t r“ 3 4． 5” m _C h a r t ． S e t D a t a s t r ； m C h a r t ． R e f r e s h ； 3 ． 4液压机 动作 及加 工过 程控 制模 块 该模块实现了通过上位机主界面的命令按钮控制 液压机压边梁和拉伸梁动作；在加工开始时启动成形 和压边液压系统实施加压，加工结束时两个系统卸压 的功能。 编程要点 1 压边梁与拉伸梁的控制要求是在按钮按下 后开始动作 ，按钮松开时停止动作，只要按钮长按， 当前动作保持。根据此要求 ，控制压边梁与拉伸梁的 4个按钮不能采用上面各模块中使用的常规 B u t t o n控 件，需插入 Mi c r o s o f t F o r m s 2 ． 0 C o m m a n d B u t t o n ，这个 控件提供鼠标按下和抬起响应函数功能，在这两个响 应函数中分别添加 P L C位元件 x、Y置位和复位代码 即可实现以上的要求 。 2 在 “ 加工开始”按钮响应函数中要同时发 送成形力充液和压边力施压命令 ；在 “ 加工结束”按 钮响应函数中要使成形力首先卸压 ，延时几秒后，压 边力卸压 ，以免出现事故。 1 0 6 机床与液压 第 3 9卷 3 根据现场实验 ，在通讯过程 中 P L C接收和 返回应答需要一定时间，而上位机的运行速度远远快 于 P L C，所以如在同一按钮响应函数中，对一个 以上 的位元件进行设置，必须在两段通讯命令代码间设置 一 段延时，具体时间根据 P L C扫描周期决定，原则 上略长 于扫描 周期 。 4 系统应用 所开发的板材液压成形监控系统已成功应用于摩 托车油箱的液压成形。实现了成形过程的柔性化、自 动化、信息化。图5为实时监控画面。 图5 实时监控画面 与未使用该监控系统前相比较，实验过程中的成 形力和压边力变化过程一目了然，可与拟定的加载曲 线实时对 比。尤其是在一次实验效果不理想 的情况 下 ，可方便快捷地在上位机修改加载曲线形状，即可 开始第二次实验，避免了在 P L C编程软件中修改曲 线的繁琐步骤，节省了生产时间。另外 ，该系统最大 的优势体现在对实验产生数据 的可选择性保存和管 理 ，通过对实验后数据的分析，可对本次实验进行总 结和评价，一并写人数据库保存 ，为下次实验提供科 学依据。 5结束语 液压成形技术 自诞生以来一直受到世界各国研究 者的关注。与发达国家相较，我国在这一领域还有不 小的差距 。其 中液压成形专用设备及生产过程 自动 化、柔性化和信息化研究是当前热点之一。板材液压 成形监控系统的研发是对液压成形技术研究手段的促 进 ，可有效改善工艺参数的定量化研究。可作为液压 成形专用设备研发方面的一次有益的探索和尝试 ，对 开发具有较高应用价值的液压成形行业监控系统软件 有借鉴意义。 参考文献 【 1 】 李明亮． 基于普通液压机改造的板材成对液压成形控制 系统研究[ D] ． 广东工业大学 ， 2 0 0 5 ． 【 2 】 徐景周． V C 6 ． 0 中使用 A D O操作 A c c e s s 数据库， 巧巧读 书首页 程序开发 V i s u a l C ／ M F C， 2 0 0 8 0 l 一 0 1 ． 【 3 】 刘杰． 板材液压成形监控管理系统研究及开发[ D ] ． 广 东工业大学 ， 2 0 0 6 ． 【 4 】求是科技． V i s u a l C 6 ． 0 数据库开发技术与工程实践 [ M] ． 北京 人民邮电出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 5 】刘瑞芳． 用 C h a r t 控件绘制动态图表[ J ] ． 计算机世界， 2 0 0 7 2 9 ． 【 6 】 林青松， 胡方霞， 刘杰． V i s u a l C 案例开发[ M] ． 2 版． 北京 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 5 ． 上接第 1 0 1页 一 般需要采集的模态信息的系统变量地址如表 3 所示 。 表 3 模态信息的系统变量地址表 功能 地址 功能 地址 报警号 3 0 0 0 M代码 41 1 3 已加工的零件数 3 9 0 1 程序号 41 1 4 要求加工的零件数 3 9 0 2 顺序号 41 1 5 D代码 4 1 0 7 S 代码 41 1 9 F代码 41 0 9 T代码 41 2 0 H代码 41 l 1 4总结 文中针对异构数控机床组成的机床群因接 口不 同、信号不同等造成数据采集和车间信息集成存在困 难的问题进行了研究 ，提出了4种数据采集方法 ，并 以国内应用最广泛的 S I E M E N S系统和 F A N U C系统为 例，分别采用了两种不同的方式实现了机床数据的采 集。该数据采集系统在宜宾职业技术学院国家数控实 训基地的机床 网络化系统平台建设中得到了成功应 用。实践证明在不增加大量硬件设备的前提下，采 用软件的方式，经济、实惠地完成了现场数据 的采 集，为管理者和决策者提供了最忠实、可靠的数据依 据 。 参考文献 【 1 】 李文川． 数控机床群控系统状态监测及系统集成的研究 与实施[ J ] ． 重庆 重庆大学， 2 0 0 8 ． 【 2 】S I N U M E R I K 8 1 0 D ／ 8 4 0 D调试指南技术 手册 2 0 0 6版 [ M] ． 【 3 】 F A N U C O i M B 操作说明书[ M] ． 【 4 】F O C A S 使用指南[ J ] ．