使用LabVIEW和CompactRIO實(shí)現(xiàn)清洗機(jī)流水線的自動(dòng)化

標(biāo)注所有位置和手部操控項(xiàng)的輸送帶
作者:
M. Malovrh - Bosio d.o.o.
D. Kovacic - Bosio d.o.o.
A. Romih - Bosio d.o.o.
K. Martinovic - Bosio d.o.o.
行業(yè):
消費(fèi)品, 工業(yè)控制/ 設(shè)備/ 系統(tǒng)
產(chǎn)品:
NI 9425, PPC-2115, NI 9211, NI 9476, cRIO-9074, NI 9203, LabVIEW
挑戰(zhàn):
開發(fā)一個(gè)可靠的工業(yè)清洗機(jī)流水線自動(dòng)控制系統(tǒng)，可輕松的實(shí)現(xiàn)監(jiān)督以及實(shí)時(shí)的報(bào)警監(jiān)測(cè)。
解決方案:
使 用NI 的CompactRIO硬件和LabVIEW軟件，建立一個(gè)先進(jìn)的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并使系統(tǒng)是全自動(dòng)的，易于使用和高度可靠。 一個(gè)汽車零部件的制造商在其工業(yè)清洗機(jī)器的流水線上需要一個(gè)實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，旨在清除生產(chǎn)線上附著于汽車零部件的油脂和一些雜質(zhì)。在零件的制造過程 中，需要清洗其零件的每個(gè)部分甚至其最小細(xì)節(jié)，才得以進(jìn)入生產(chǎn)線的下一階段。 所建議的解決方案需要能夠向操作員顯示可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及提供通過觸摸屏電腦與用戶進(jìn)行交流的接口。
"通過使用NI的技術(shù)，我們開發(fā)了一個(gè)先進(jìn)的、全自動(dòng)的工業(yè)清洗機(jī)流水線，而且它易于使用和維護(hù)。結(jié)合CompactRIO平臺(tái)與LabVIEW的能力幫助我們迅速解決了復(fù)雜的問題，這比我們使用市場(chǎng)上的其他產(chǎn)品更容易。"
系統(tǒng)硬件和軟件
在工業(yè)行業(yè)中，有一系列不同性能的可編程邏輯控制器（PLC），但經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的綜合研究，我們選擇了CompactRIO與NI 的 C系列模塊作為我們的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。這種配置提供了一個(gè)靈活的、高性能和低成本的解決方案，并且具有相同或比PLC更優(yōu)越的功能。
研究小組選擇了堅(jiān)固耐用的NI cRIO-9074集成控制器，它將一個(gè)400 MHz的工業(yè)實(shí)時(shí)處理器和一個(gè)可重新配置的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)融合在一個(gè)底板中，適用于嵌入式的機(jī)器控制和監(jiān)測(cè)應(yīng)用。從多種I / O模塊中，我們選擇了NI 9425漏極數(shù)字輸入模塊去檢測(cè)光電信號(hào)，脈沖發(fā)生器的位置和限位開關(guān)。NI 9476源極數(shù)字輸出模塊控制著氣動(dòng)閥門，氣動(dòng)液壓缸，水和真空泵，并且確保了負(fù)載的精確運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。NI 9203數(shù)據(jù)采集模塊測(cè)量了清洗室內(nèi)部的真空壓力，而NI 9211熱電偶輸入模塊測(cè)量了水、空氣干燥度、負(fù)載以及腔室的溫度。
此外，NI PPC-2115工業(yè)平板電腦具有內(nèi)置觸摸屏，它被證明是處理機(jī)器與用戶之間交流的正確選擇。利用工業(yè)平板電腦技術(shù)，我們?yōu)轱@示整個(gè)清洗機(jī)流水線的狀態(tài)提供了一個(gè)用戶友好，高度可控的環(huán)境。該解決方案可以節(jié)省空間，是大型人機(jī)界面大型應(yīng)用的理想選擇。
為了控制系統(tǒng)，我們選擇了圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件LabVIEW，因?yàn)樗子谑褂?、具有可移植性以及可擴(kuò)展性。而且LabVIEW編程環(huán)境也有助于顯著地縮短開發(fā)時(shí)間。
清洗機(jī)流水線的實(shí)施
清洗機(jī)器流水線由Bosio d.o.o設(shè)計(jì)和開發(fā)，主要是基于兩個(gè)方面的需求。首先是傳送系統(tǒng)，通過管理裝有負(fù)載的籃子到達(dá)傳輸系統(tǒng)的最后自由區(qū)域途中的運(yùn)動(dòng),來保證線路空間的最佳 利用。操作員可以在清洗機(jī)的腔室內(nèi)的兩個(gè)位置裝載籃子并激活輸送帶。在籃子運(yùn)送到清洗機(jī)內(nèi)之前，系統(tǒng)為籃子加上蓋子，并在過程結(jié)束時(shí)自動(dòng)移除。此外，自動(dòng) 卸載籃子由兩步操作完成。
在開發(fā)傳送系統(tǒng)時(shí)，主要的挑戰(zhàn)是要確保速度和可靠性。該系統(tǒng)采用精確到毫米的激光光電管來確定籃子的位置和下一步措施。籃子蓋在輸入/輸出時(shí)的操作 也要求很高的精度。我們通過使用脈沖編碼器測(cè)量其位置來確定系統(tǒng)的卸載速度。該處理器檢測(cè)到源于脈沖編碼器的脈沖并且通過數(shù)學(xué)計(jì)算將它們轉(zhuǎn)換成合適的單 位。其結(jié)果提供了卸載部分的正確位置。
第二個(gè)因素是清洗的過程。它包括洗滌周期的不同階段，并且過程中要確保負(fù)載的干凈和干燥。洗滌過程需要適當(dāng)?shù)呐渲茫渲邪C(jī)械、電氣和編程要求的 復(fù)雜組合。機(jī)械要求包括許多不同的保證洗滌質(zhì)量的清洗選擇。該系統(tǒng)可對(duì)負(fù)載進(jìn)行結(jié)合了水射流、負(fù)載循環(huán)、用壓縮空氣鼓泡、抽真空和加熱等組合的方式進(jìn)行清 洗。此時(shí)，系統(tǒng)獲取和處理大量數(shù)據(jù)。溫度，壓力，水位，以及籃子的位置需要加以控制。提供了精確度和快速響應(yīng)時(shí)間的比例積分微分(PID)控制器完成了這 個(gè)任務(wù)，確保了清洗質(zhì)量保持一致。
使用LabVIEW和NI的PPC - 2115工業(yè)平板電腦，操作者可以快速檢查數(shù)據(jù)的狀態(tài)，包括負(fù)載的錯(cuò)誤、不活動(dòng)、位置和數(shù)目。用戶可以監(jiān)控馬達(dá)的狀態(tài)，水泵，溫度和壓力。此外，由于 LabVIEW的簡單易用，操作者可以很容易寫入、重新整理、保存、加載或使用虛擬鍵盤繪制清洗機(jī)流程圖。由于系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控報(bào)警情況，錯(cuò)誤檢測(cè)時(shí)間已經(jīng)大 幅度減少。
結(jié)論
通常情況下，工程師設(shè)計(jì)的復(fù)雜機(jī)器需被不具有高水平編程知識(shí)的操作者每天使用。這些復(fù)雜的系統(tǒng)必須精密的管理所有必要的操作，但他們必須提供一個(gè)清晰的和用戶友好的界面，使技術(shù)人員可以很容易地操作和使用，而無需高級(jí)工程師的參與。
我們采用的解決方案是通過使用NI產(chǎn)品為用戶提供一個(gè)具有高性能的復(fù)雜系統(tǒng)。它具有簡單操作且友好的用戶界面以便交流，具有復(fù)雜的功能特性以及準(zhǔn)確 的數(shù)據(jù)分析能力。使用NI技術(shù)，我們開發(fā)了一個(gè)先進(jìn)的、全自動(dòng)的工業(yè)清洗機(jī)流水線，易于使用和維護(hù)。 結(jié)合CompactRIO平臺(tái)與LabVIEW的能力幫助我們迅速解決了復(fù)雜的問題，這比我們使用市場(chǎng)上的其他產(chǎn)品更容易。
作者信息:
M. Malovrh
Bosio d.o.o.
斯洛文尼亞

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