基于PC104总线架构的全自动热熔焊机控制系统的研制.pdfVIP

中国航空学会 控制与应用第十三届学术年会6-17 基于PG／1 04总线架构的全自动热熔焊机控制系统的研制 毕晨曦袁海文崔勇王秋生 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 摘要聚乙烯管材(PE管材)具有气密性好、气体渗透率低等优点，广泛应用于燃气、给水等场所，PE管材的焊 接技术发展很快，主要以热熔焊接方式为主。传统的手动式热熔焊机越来越无法满足现代焊接优质、可靠、高效的 用高速数据采集模块以及前端信号调理板构成的全自动热熔焊机控制系统，从控制系统的软硬件需求分析、系统硬 件结构、软件设计、抗干扰措施方面论述了全自动焊机控制系统的实现过程。该全自动热熔焊机可以按照国际焊接 标准进行焊接，提高了焊接效率，保证了焊口质量。 关键词PE管材PC／104windowsxp—Embedded系统数据采集信号调理 1引言 PE管材具有气密性好、气体渗透率低等优点，近些年在燃气、给水等场所得到了广泛的应用。 国内焊接作业多使用手动式热熔焊机，其最大的缺点就是焊接过程要完全依靠操作工人的经验和操 作熟练程度，缺乏确实可信的操作依据。如果操作工人在焊接前没有接受过很好的培训，焊口极有 可能出现冷焊接、错位焊接等一系列的质量问题，为今后的生产生活埋下极大的隐患。 全自动热熔焊机克服了以上所述缺点，其优点主要表现在以下几个方面：第一，焊接过程中的 压力、温度采取自动调节方式，其控制精度可以达到±0．5％。第二，焊接过程自动切换，各个焊接 参数相互配合。第三，焊接时系统对焊接参数进行实时监测，在参数超过规定范围时，自动采取保 护措施，避免系统受损。第四，在意外事件发生时，通过紧急处理进程控制系统，防止系统跑飞…。 本文所研制的全自动热熔焊机控制系统基于PC／104总线架构，由于这种总线架构在抗震、抗冲 击性能方面具有优越性，在航空、航海等方向已经有了广泛的应用。在PC／104嵌入式平台的基础上， 考虑到系统防病毒、防掉电的要求，平台选用了具有抗震、防掉电特点的直插式电子盘作为存储设 信号采集端配置前端信号调理板对采集及控制信号进行放大。经过长时间实地应用，该系统对于压 力、温度、位移的控制精度达到了满量程的±0．5％，焊口质量完全达到国际标准。 2系统需求分析 全自动热熔焊机在硬件和软件两方面需求不同。在硬件方面，硬件的选配要在可靠性方面多加 以考虑；在软件方面，各个控制参数需配合默契，参数调整要准确到位。 2．1系统硬件需求分析 首先，针对野外恶劣的施工环境，在选配硬件时，硬件的可靠性，特别是在抗震、抗冲击性能 方面要有较好的表现，在意外掉电时保证系统不丢失数据；其次，要具有独立的操作系统，并自带 外接设备接口，兼容上位机开发的控制软件，系统运行速度要满足用户需求；再次，系统平台具有 中国航空学会 控制与应用第十三届学术年会6—17 可编程控制接口，可以完成对A／D、D／A、DI／O信号的控制；最后，系统能够同时采集多路传感器 的输出信号，数据采集速率至少保证在10000Hz以上，测量结果误差控制在0．1％以内。 2．2系统软件需求分析 首先，软件系统应具有过程自动控制、自动切换的功能。其次，在各个控制过程中，焊接参数 的控制采取闭环方式，其精度应达到±0．5％以内。再次，对于焊接过程中的重要参数要有严格的监 测，保护系统不受大电流、大电压的冲击，液压设备不受损害。最后，允许操作者选择ISO标准、 丹麦标准、德国标准或澳大利亚标准进行焊接作业，参数的设定以所选择标准为依据。 3控制系统硬件结构 控制系统由控制中心计算机、数据采集处理模块、传感器模块、控制模块、电源模块、显示模 块、前端信号调理板构成，整体构架如图l所示。控制中心计算机通过数据采集模块采集传感器各 项数据；数据采集处理模块分为PC／104总线数据处理模块和数据采集模块；传感器模块由压力、温 度、位移等传感器构成；前端信号调理板对采集信号进行调理以供系统采集；控制模块主要由 MOSFET和交流固态继电器(SSR)组成，间接控制液压站的液压油路以及液压站、刨刀、JJn热,板 的电源通断；电源模块负责整个系统的供电；显示模块用以显示操作界面以及相关焊接信息。 图1控制系统整体构架 3．1控制