基于Mega2560的物联型风机主轴部件加热装置概述

内蒙古海装风电设备有限公司 内蒙古 锡林浩特 026000

前言

本文设计是以基于Arduino开发环境的 Mega2560为主控芯片的物联型风机主轴部件加热装置。该装置利用传感器技术、PWM技术，最终实现根据需求的主轴部件的自动加热控制，并通过ESP8266模块与服务器和手机APP之间实现数据的实时通信，以实现历史查询、现状查看、未来预测等功能。该装置的设计大大提高了主轴部件装配的效率，主轴装配从粗狂式管理迈向了精细化控制的时代，系统实现物联网智能控制后，主轴装配各要素状态在系统中得到智能识别控制和运算，可充分评估项目生产安排、物资需求及质量检验，为实际生产提供了一套可视化的预测管理设备，实现生产装配的管理精细、控制精准、工艺精湛。

1 系统硬件设计

物联型风机主轴部件加热装置主要是由工频加热驱动模块、Mega2560单片机、传感器模块、继电器、WIFI通讯模块、声光指示模块、触摸屏模块等部分组成的。传感器采用的K型热电偶和MAX6675 K型热电偶模数转换器；工频加热驱动模块采用的是可控硅和单相可控硅移相触发器DK1-2驱动器；WIFI通讯模块采用的是ESP8266模块，触摸屏采用串口屏。

1.1 主控芯片介绍

本设计的主控制器是Arduino Mega2560开发版作为控制核心,是采用USB接口的核心电路板，处理器是ATmega2560，与其他单片机相比，Arduino是一款具有免费的、开源的IDE单片机，其资源均可以免费下载并根据用户需求进行修改。Arduino Mega2560主控制器拥有54路数字输入/输出和16路模拟输入，其具有较强的拓展性，有利于与各种传感器进行连接，Arduino Mega2560开发版与PC机传输数据采用USB接口进行传输，Arduino Mega2560具有很高数据处理速度和稳定性，Arduino Mega2560也能兼容为Arduino UNO设计的扩展板。

1.2 数据采集模块

温度数据采集模块采用双路K型热电偶+MAX6675的结构,K型热电偶因其线性度好，价格便宜，测量范围宽而得到广泛的使用。K型热电偶串行模数转换器MAX6675是一个嵌入了12bit模数转换器复杂的热电偶数字转换器。 MAX6675 包含冷端补偿和校正电路、一个数字控制器、SPI兼容接口和与之相关的控制逻辑[1]。热电偶的热端可以测量 0摄氏度到+1023.75摄氏度的温度范围，其温度分辨能力达0.25摄氏度，可以很好地满足主轴部件加热对温度测量范围和精度的要求。为了减少电源耦合噪声的影响，电路在设计时在电源引脚附件放置了1个0.1微法的陶瓷电容器，控制器读取双路温度信号后首先进行数字滤波，再与相邻检测数据对比，如果误差较大则丢弃本次数据后重新检测；如果数据异常超过阈值则进入系统保护功能，并开启本地报警模式，同时通过网络将异常发给操作人员和技术人员，这样既能快速解决问题又能保护被加热的工件。

2 系统的软件设计

2.1 程序设计

程序由服务器智慧模块程序、控制器程序和终端APP程序三部分组成。首先对模块进行初始化，程序准备就绪后等待主轴加热控制器的通讯模块或终端设备的APP发来请求，如果是终端设备APP发来的请求，要先验证设备是否是经过系统授权的设备，每台终端设备都会有一个唯一的识别码，如果是授权的设备才能根据终端设备APP提出的请求，将服务器或数据库的数据发给终端设备；如果是主轴加热控制器发来的请求则分为两种：第一种是发来运行数据，则将运行数据存入数据中，另一种是发来智能加热请求，则从数据库中调出历史运行的数据，运用基于神经网络算法的智能分析程序计算出主轴加热控制器需要的最优参数加密后发给主轴加热控制器，控制器根据最优参数执行操作。

3 系统实际效果验证

该设备使用在车间主轴部件加热安装工序，系统方案改进前，公司小蚂蚁QC小组对2019年3.0MW主轴部件加热耗时时间进行统计，发现单根主轴部件加热的平均耗时15.92小时，小组应用排列图分析后，发现主轴加热等待耗时占比53.39%，是问题的症结。系统方案设计改造完成后，主轴部件加热实现了物联网远程控制，部件可在上班前指定时间开启、远程监控、物联网控制，小组成员在某项目上进行随机抽样10台的测试，发现主轴部件加热平均耗时降至7.27小时。该系统方案在降本增效、精细化管理及自动化信息化改进方面有很好的借鉴和推广作用，首次将物联网技术应用的车间装配制程环节，为我公司高质量发展的技术改进创新起到了带头引领作用[2]。

4 结束语

本文设计的物联型风机主轴部件加热装置在测试过程中取得预期的效果，实现了风机主轴部件加热智能化，装配效率提升了50%。能够利用网络使加热装置、服务器、终端APP直接实现数据传输，进一步实现了对加热装置的智能化控制与监控的功能。该系统于2019年12月完成软硬件设计改造，到2020年4月至，使用过程中共计节约费用约22.89万，为公司改进创新、提质增效、质量精细化管理树立了标杆，同时该设计方案硬件搭建简单、运行稳定、设计成本较低，系统安全性和智能化程度高，结果接单使用操作便捷，具有一定的行业实用与推广价值。