淬火机床信息采集及处理系统

储召锐,王　帅,李少华（合肥工业大学　仪器科学与光电工程学院,合肥　230009）

淬火机床信息采集及处理系统

储召锐,王帅,李少华
（合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,合肥230009）

摘要：本文所设计系统可针对淬火机床气门热处理过程进行实时能量监控，同时将高频能量对应的模拟量信息实时传输给PLC参与下料分拣。工控机信息处理软件可实时监控记录温度和模拟量信号以及实际的工位统计信息。除此之外，还可进行历史记录查询和导出。

关键词：热处理；能量监控；信息采集及处理

1　引言

作为淬火机床的重要组成部分，机床信息系统的研制和升级一直备受企业关注。我国的淬火机床信息系统起步较晚，自动化、智能化程度较低。随着国家经济的转型以及技术的不断进步，淬火机床的机电一体化升级、智能化是必然的发展趋势[1]。本文结合九江新华电子生产的多工位淬火机床，设计了一套实用的机床信息采集及处理系统。

2　系统方案设计

根据合作方要求，我们设计的淬火机床信息采集及处理系统需要完成以下几项工作：实时热处理能量监控、设备故障及时处理、历史数据记录查询、数据导出等。本系统主要由两部分组成：一部分以高频采集板为主。气门在出厂之前需要进行淬火和回火处理。本采集板可以实时监控气门热处理过程中的高频能量变化，同时将其对应的电压电流等模拟量信息实时传输给PLC控制器参与下料分拣。本系统的另一部分即上图所示的工控机软件。淬火机床运行中的各种数据例如淬火温度、电压电流等数据都需要在工控机上位机上实时显示，并且生成曲线。所有重要的数据都会存入数据库，当需要调出时，可以选择时间段进行查询和导出，导出可选择EXCEL文档U盘导出。

3　系统硬件电路设计

基于之前项目经验以及企业对能量监控的要求，我们以PADS2005绘图软件为蓝本，设计了一款采集板，采集板以ARM单片机LPC1768为核心，采集处理外围电路的信号以及和外界通讯。按照功能需求，我们设计了相应的外围电路，主要包括485通讯模块、模拟量输入模块、多路开关量采集模块、触摸屏显示模块、以及继电器和报警模块等。

电源部分我们将开关电源和线性电源结合使用，给主电路和独立电路供电。微控制器LPC1768是整个采集板的处理核心，其硬件电路主要由复位电路、系统时钟电路和看门狗电路组成。模拟量采集电路由两部分完成，一部分是以V2252芯片为核心的运放电路，主要放大的是采集电压和电流信号，另一部分是快速光耦6N137，它采集的是频率信号。本设计需求要采集多种开关量，主要有是否欠水、是否过温、过流等。采集的开关量比较多，为了保护采集板电路和抗干扰，在开关量输入和单片机之间我们采用光耦进行串联。我们选用的是光耦PC817。

4　系统软件设计

系统软件设计主要是工控机上位机软件的设计与编程。本软件界面是使用C#软件VisualStudio2010编写设计，我们选用的工控机型号为研祥PPC-1261。由于本系统涉及到信息数据的采集、存储和管理，数据量大，种类多，因此我们选用了专业的MySQL数据库进行数据的存储和管理。

上位机主要由三个界面组成：第一个界面显示实时的热处理数据信息；第二个界面查询历史记录和显示历史曲线；第三个界面是一些功能设置以及EXCEL导出。界面设计完毕即进行C#编程，首先完成整个界面的初始化，之后创建目录，以便存储历史数据，同时还需设置系统时间，使得工控机时间与PLC时间同步。建好目录后就与MySQL数据库建立连接，检查是否已建立当天数据库和表。若已建立，则打开串口，接收数据，同时打开定时器，执行中断程序。否则需重新建库建表，重复上述过程。串口通讯成功后，数据就可传输到工控机上位机界面。

上位机编程主要涉及三个主要程序的编写：（1）串口通讯程序。串口通讯我们使用了C#工具栏的控件—SerialPort。我们选择事件serialPort_DataReceived加以调用，串口数据接收、处理等可以直接在该函数里进行编写。为了保证接收数据的准确性和完整性，我们采用了多种措施排除干扰，最后还对数据进行了校验[3]；（2）历史数据查询。历史记录查询是工控机软件的一大重要功能。软件设计时，我们对查询建立了索引，查询结果可以看到工件的热处理数据和时间、工位等具体信息。当工件分拣出现异常时，技术人员可以通过查询历史记录，通过比对数据分析，找出原因所在，及时排除故障；（3）数据导出。当需要导出数据至EXCEL进行查询和分析时，首先需要选择导出条件，主要是日期。然后选择导出，若数据库有需要导出的内容，软件会执行将数据导入EXCEL，导出到D盘相应目录，同时软件界面会提示导入成功。插入U盘，界面会显示相应盘符，然后点击相应文件和按钮，文件即被导出至U盘。

5　数据分析

下图所示为导出至EXCEL的一段历史数据记录，记录共有十个属性，分别是时间、工位、温度信息、模拟量信息(电压电流频率)以及工件分拣信息(良品、废品和返修)。

从上图可发现有5条记录的分拣信息记录是返修，从后面的5个属性进行分析，发现这5条的记录的其他属性在正常范围内，但是回火温度属性数据都超出了200摄氏度，而我们设定的回火温度范围最大值不能超过200摄氏度，因此这五个工件被判定为返修，其他都是良品，分拣正确。

6　总结

本文所设计的淬火机床信息采集及处理系统，实现了对淬火设备进行能量监控。同时还可进行历史记录查询和导出。另外我们还设计了远程客户端，实现了远程访问和监控。本系统已顺利通过了客户验收，现已投入市场。

参考文献：

[1]张军占,刘卜.浅谈机电一体化技术的应用及发展趋势[J].城市建设理论研究(电子版),2013,10(23):15-17.

[2]康华光.电子技术基础(模拟部分)[M].北京：高等教育出版社,2006.

[3]张向荣.车载数据采集与通信装置的设计与实现[D].湖南大学,2009.