磨加工主动量仪软件开发中的混合编程技术

2015-02-24宋相征张琳娜郑鹏赵凤霞

机床与液压 2015年16期

宋相征，张琳娜，郑鹏，赵凤霞

(郑州大学机械工程学院，河南郑州 450001)

在现代磨削加工中，半自动、自动磨床应用广泛，但其自动加工中无法对零件尺寸进行实时的检测控制，只能按照既定的程序进行开环式的磨削加工。主动量仪可在磨削过程中实时测量工件尺寸，并对加工状况进行实时判断，发出控制信号对磨削加工的不同阶段进行自动控制。这种闭环控制可进一步提高磨床的自动化水平，提高加工精度和效率。

主动量仪软件系统负责测量数据的采集、处理、输出、显示、I/O控制等功能。因此，软件系统开发在整个主动量仪的开发中显得尤为重要。目前工业控制中主流开发软件主要有两种:一种是工业组态软件，例如组态王 (Kingview);另一种是高级编程语言，例如Visual Basic。工业组态软件编程可视化程度高、界面简单直观、编程效率高，利用组态王开发出来的界面美观，可视性好。但组态王的数据最高采集频率为55 ms，低于磨加工主动量仪对数据采集速度的要求，因此它不能作为数据采集处理开发工具;VB的数据处理功能强大，数据采集速度高，可以满足主动量仪的开发要求，因此适合作为底层开发平台进行数据采集与处理。基于以上因素，提出基于工业组态软件组态王6.53和VB6.0混合编程的软件开发方案。文中以磨加工主动量仪单键槽工件测量功能开发为例，主要研究Kingview人机交互界面设计编程、VB数据处理程序开发、VB与组态王之间的数据通信技术3个混合编程中的关键技术。

1 VB与组态王混合编程方案

文中依据VB与组态王各自的编程优势，确立利用组态王开发新型磨加工主动量仪的人机交互系统，利用VB开发数据采集处理系统的软件系统联合编程开发方案。软件系统的混合编程总体工作分配如图1所示。

软件系统的混合编程主要包括3个部分:第一部分为开发组态王人机交互系统。操作人员可通过人机交互系统的测量模块观察实时测量值、加工状况、实时曲线，可在手动情况下对设置和调整界面中的系统参数进行修改调整，更新后的数据保存于组态王配方文件中，通过Blockdde将配方改动信号传递给VB，VB进行相应的配方读取更新系统参数值;第二部分是开发VB数据采集处理系统。VB程序具体负责在软件系统运行后实现创建Blockdde链接，启动组态王运行程序，进行板卡初始化，以及循环往复地进行数据的采集、处理输出工作，同时接收配方文件更新变量，必要时进行组态王配方的读取;第三部分是VB和组态王软件之间的通信编程。在混合编程中，许多参数需要在VB与组态王之间互相传递，是通过Blockdde的方式进行开发的。

图1 VB与组态王软件工作分配

以测量外径为例，加工中测头落入键槽内过程中实际电压值如图2中曲线所示，单键槽主动测量的主要思想是输出周期中，将实际电压变化量补偿为理论电压变化量 (虚直线部分)。正常磨削加工情况下，进给量、工件转速等因素均为定值，一个输出周期ts(12 ms)内，采集电压变化值也可视为定值即图中的hs。

图2 单键槽工件测量原理图

由图2可知，应补偿的电压量为:

其中:hv可由VB程序对前后两次采集得到的电压值计算得到。由图可知:

其中:tc为操作人员根据加工条件设定的系统参数，可知，每次输出需要进行的电压补偿量为:

2 单键槽工件测量的组态王人机交互界面设计

组态王的界面设计编程主要分为画面功能规划、绘制画面与创建变量、编写动画链接语言等步骤。

2.1 画面功能规划

单键槽工件测量功能在显示界面中以“W功能”表示，整个功能作为一个小的文本框模块嵌入项目设置画面中，当点击功能框后，弹出“W功能选择键盘”画面，用于用户输入W功能时间参数，点击“W功能选择键盘”画面中的确定按钮，判断输入是否有效，有效则关闭“W功能选择键盘”画面，返回项目设置主界面，否则弹出相应的报警窗口，提示用户重新输入。具体组态王程序执行流程规划见图3。

图3 组态王程序执行流程设计

2.2 绘制画面与创建变量

依据以上设计，新建变量及其功能如下:\本站点W功能时间1，用于在项目设置画面的W功能框中显示用户输入的参数值 (即tc); \本站点画面置顶选择，用于判定当前画面级数，锁定其他级数画面按键均为无效;\本站点W功能选择，用于暂存用户输入中的参数值。新建画面有3个:“项目设置1”画面，用于设置项目1加工工件的各种加工参数，包括W功能;“W功能选择键盘”，用户输入W功能参数值的画面; “W功能时间超限报警”画面，当用户输入参数错误，弹出此窗口。各画面设计见图4。

图4 W功能各级画面设计

2.3 编写动画链接语言

W功能框弹出的动画链接窗口中，“弹起时”选项下输入命令语言为:

if(\本站点画面置顶选择==0)/*判断是否系统处于1级画面。

ShowPicture("W功能选择键盘");/*显示画面"W功能选择键盘"

W功能选择键盘画面中数字输入按钮的“弹起时”选项下输入命令语言类似，分别控制字符串变量“\本站点W功能选择”加相应的字符;取消按键控制关闭W功能选择键盘，回到项目设置1画面;清除按键控制清空字符串变量“\本站点W功能选择”;确认键“弹起时”选项的命令语言为:

3 单键槽工件测量的VB数据处理设计

VB程序负责单键槽工件测量原理的程序实现，主要由开发的功能函数Public Function function W实现，其函数体如下:

4 VB与组态王之间的数据通信技术

由于采用VB与组态王的混合编程技术，两款软件之间的数据传递非常重要，数据传递的效率决定了整个系统实时性的好坏。VB与组态王程序之间的数据通信方式选用Blockdde通信模式，只需建立一个热链接即可完成多个数据传递，从根本上提高了系统实时性。以测量项目1、2为例，研究Blockdde通信方式的实现方法。

Blockdde通信的建立主要分为3个步骤:初始化、建立数据库、数据互传。整个过程需要VB与组态王进行相应的编程与设置，VB所用函数及功能见表1。

表1 Blockdde中所用函数及函数功能

初始化主要完成对服务器名、话题名的声明。服务器名、话题名是服务程序的“身份证”，用于唯一标识所创建的服务程序。VB中声明的服务器名、话题名必须和组态王中建立的Blockdde动态链接设置的相同，此例中针对测量项目1、2(即测头1、2的实际测量值)进行编程，实现测量值的实时传递。

建立数据库，需要进行数据通信的所有变量的信息均需要进行数据库登记，变量信息包括变量ID、变量类型、属性、初始值等;变量信息在组态王建立变量时确定，VB进行数据库登记时需要与组态王相关变量信息保持一致。组态王中测量项目1、2测量值变量的信息见表2。

表2 组态王中测量项目1、2测量值变量信息

数据互传包括VB将变化的数据传递给组态王与组态王将设定值传给VB。对于测量项目1、2，需要VB通过Blockdde实时传递给组态王，其程序代码如下:

5 实验与分析

通过对组态王与VB的混合编程，实现利用组态王人机交互系统进行各个模块的开发、界面设计与程序编写;利用VB将数据采集、多种处理数据方法、Blockdde传输等功能设计编写为自定义函数模块，供VB主程序调用。最终构建了完整的磨加工主动量仪软件系统。结合系统硬件平台，以W功能、测量结果传递为测量对象，对组态王显示界面、VB后台处理及Blockdde通信进行了一系列的实验验证。

W功能选用了项目1、2两个测量项目，参数设置除W功能有无外，其余均相同，通过调整测量传感器电压大小，最终在组态王测量界面中得到的项目1、2的尺寸变化曲线如图5所示，分析可知有W功能的项目1与无W功能的项目2相比，尺寸曲线得到了准确有效的补偿修正，证明由VB编写的W功能函数正确有效，且将修正后的值实时传递给组态王人机交互界面。

图5 W功能试验曲线

Blockdde选用项目1、2为测量项目，以两个项目的测量值为实验对象，利用VB启动组态王运行程序，调整测头数据至适当位置，组态王测量界面中测量值与VB运行程序中Form1窗体测量值运行结果如图6所示，两者时刻保持相同，由此可知VB程序顺利通过Blockdde通信方式将测得的测量数据传递给了组态王。