ＭＸ加工中心液足油路泄漏監(jiān)控設(shè)計(jì)
2016-7-28 來(lái)源： 安微理工大學(xué)研究生 作者：陶高群
液壓油作為控制軌道移動(dòng)、工件的裝夾以及刀具的加緊裝置動(dòng)作的重要介質(zhì)。為滿保液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證ＭＸ加工中也、在化體生產(chǎn)線上的有效工作。對(duì)液壓系統(tǒng)的監(jiān)控和預(yù)茗是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)工作。下面就ＭＸ加工中也的回轉(zhuǎn)臺(tái)部分的液壓控制現(xiàn)狀進(jìn)行分析。
１、液壓油路現(xiàn)狀分析
ＭＸ加工中也、回轉(zhuǎn)臺(tái)部分的液壓傳動(dòng)主要用于工件的裝夾?，F(xiàn)有的液壓監(jiān)控主要針對(duì)夾具部分夾緊件的液圧油缸的位置監(jiān)控。在夾具液壓缸動(dòng)作時(shí)，采用易福口壓力傳感器對(duì)夾緊和松開(kāi)時(shí)液壓壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)比，來(lái)判斷缸體是否運(yùn)動(dòng)到位。如圖１所示。
圖１夾具部分液廟系統(tǒng)圖
如夾具部分液壓系統(tǒng)圖所示，當(dāng)機(jī)床進(jìn)行夾緊動(dòng)作時(shí)，１號(hào)電子壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力值達(dá)到４Ｍｐａ時(shí)，ＣＰＵ即認(rèn)為夾具夾緊已經(jīng)達(dá)到理想狀態(tài)。同理，當(dāng)進(jìn)行松開(kāi)夾具動(dòng)作時(shí)，２號(hào)電子壓力傳感器顯示的壓力值為１．８Ｍｐａ時(shí)，ＣＰＵ就會(huì)認(rèn)為機(jī)床己經(jīng)夾具松開(kāi)動(dòng)作。
但此監(jiān)控方案存在安全隱患。作為缸體生產(chǎn)線上一個(gè)重要工段，ＭＸ加工中心、在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)運(yùn)行之后，夾具卡爪液壓缸內(nèi)密封裝置在復(fù)雜的工況條件下出現(xiàn)老化現(xiàn)象。磨損的密封件會(huì)使缸體在反復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中吸入空氣，在妃體內(nèi)形成彈性介質(zhì)，使缸體出現(xiàn)未能達(dá)到預(yù)定的位置Ｗ及工作無(wú)力甚至不靈敏等故障。當(dāng)液壓缸進(jìn)行夾緊動(dòng)作時(shí)，１號(hào)電子壓力傳感器的監(jiān)控得到的壓力值已經(jīng)到了預(yù)定４Ｍｐａ，但由于缸體卡滯、不靈敏未達(dá)到夾緊的預(yù)定效果，輕則影響加工精度，重則造成人身安全事故。
由于監(jiān)控方案的缺陷，ＭＸ加工中屯、回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器由于格蘭圈破損，當(dāng)出現(xiàn)泄漏故障時(shí)，由于無(wú)法及時(shí)檢測(cè)報(bào)警，導(dǎo)致油品的大量的流失及浪費(fèi)，因泄漏問(wèn)題給ＭＸ加工中也的工作環(huán)境造成的污染，需花大量的人力物力對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行排污清理，給技改項(xiàng)目的推進(jìn)增加不必要的工作量，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)工作效率，因此，在原有的監(jiān)控基礎(chǔ)上增加液壓體積流量的監(jiān)控是非常重要的。這對(duì)車間生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)需要、精益生產(chǎn)Ｗ及對(duì)公司未來(lái)實(shí)施全過(guò)程質(zhì)量管理的戰(zhàn)略具有深遠(yuǎn)的意義。
２、液壓油路流量監(jiān)控方案設(shè)計(jì)
為防止上述的安全隱患發(fā)生Ｗ及彌補(bǔ)方案缺陷，ＭＸ加工中屯、回轉(zhuǎn)臺(tái)夾緊液壓系統(tǒng)的位置監(jiān)控方式采用電子壓力傳感器＾＞１及流量計(jì)混合監(jiān)控方案。如圖２所示，在對(duì)夾具的液壓缸進(jìn)出口端進(jìn)行壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)進(jìn)行流量實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)液壓缸進(jìn)行夾緊動(dòng)作時(shí)，１號(hào)電子壓力傳感器的監(jiān)控得到的壓力值已經(jīng)到了預(yù)定４Ｍｐａ且通過(guò)一號(hào)流量計(jì)的流量介質(zhì)總體積在預(yù)先設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，ＣＰＵ即認(rèn)為夾具夾緊已經(jīng)達(dá)到理想狀態(tài)。同理，當(dāng)進(jìn)行松開(kāi)夾具動(dòng)作時(shí)，２號(hào)電子壓力傳感器盈示的壓力值為１．８Ｍｐａ時(shí)且通過(guò)二號(hào)流量計(jì)的流量介質(zhì)總體積在預(yù)先設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，ＣＰＵ就會(huì)認(rèn)為機(jī)床已經(jīng)夾具松開(kāi)動(dòng)作。
電子壓力傳感器Ｗ及流量計(jì)混合監(jiān)控方案通過(guò)兩組信號(hào)來(lái)確保夾具姑體夾緊和松開(kāi)動(dòng)作的順利完成。此外在生產(chǎn)實(shí)際中，這種監(jiān)控方案還能實(shí)現(xiàn)多個(gè)有益功能：１）、當(dāng)夾具液壓系統(tǒng)Ｗ及回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器出現(xiàn)微量漏油現(xiàn)象，機(jī)床便可發(fā)出預(yù)警信號(hào)并思示泄漏值；２）、現(xiàn)場(chǎng)操作人員可根據(jù)液壓缸行程的大小判斷毛巧鑄件的尺寸誤差大小，如誤差超過(guò)了設(shè)定范圍，機(jī)床可報(bào)答。
圖２改進(jìn)后夾具部汾巧任系統(tǒng)圖
３、流量計(jì)的選型
３.１流呈計(jì)的簡(jiǎn)介
流量計(jì)作為檢測(cè)流動(dòng)介質(zhì)體積流量的一種工具，其發(fā)展可追溯到公元前１０００多年前，從古羅馬時(shí)期的孔板測(cè)試技術(shù)，到古埃及時(shí)期堪法測(cè)量再到我國(guó)秦昭王時(shí)期李冰父子的寶瓶口測(cè)水位法。無(wú)不顯示出勞動(dòng)人民的力量。從原有的大型水利工程的應(yīng)用演變成現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、能源建設(shè)等領(lǐng)域，發(fā)揮著巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。在現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中，流量計(jì)主要用于氣、液兩體的流量測(cè)試。按照測(cè)量原理，流量計(jì)可分為如下幾大類：１）、為學(xué)原理；差動(dòng)式、轉(zhuǎn)子式、直接質(zhì)量式、皮托管式、容積式等等；２）、電學(xué)原理：電感式、電容式等；３）、聲學(xué)原理：超聲波市、沖擊波式等等；４）、光學(xué)原理：光電式、激光式等等心１。其中利用力學(xué)原理的流量計(jì)王裝便利、對(duì)工況的要求不高；而利用聲學(xué)原理的流量計(jì)雖然先進(jìn)，成本高、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的要求較高；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件，本工藝組初步確定應(yīng)用力學(xué)原理的流量計(jì)，而其中粗式、差壓式Ｗ及浮子式流量計(jì)不是因?yàn)闇y(cè)量精度偏低，就是因?yàn)樽陨斫Y(jié)構(gòu)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)耐壓要求，所１＾＾１均予＾排除。
基于本次技術(shù)升級(jí)的工況要求，此流量計(jì)用于夾具液壓系統(tǒng)內(nèi)流量的檢測(cè)，對(duì)測(cè)試精度要求嚴(yán)格且流量計(jì)結(jié)構(gòu)本身能承受一定工作壓力。所Ｗ初步判斷容積式流量計(jì)相對(duì)比較符合工況要求。
容積式流量計(jì)作為高測(cè)量精度的一種流量計(jì)，其測(cè)量范圍廣泛、不受液體粘度影響、操作噪音小、輸出信號(hào)不受溫度影響。
通過(guò)參考車間其他進(jìn)曰設(shè)備所用流量計(jì)的工作情況，最終決定采用采用凱恩姆ＺＨＭ系列齒輪流量計(jì)。
３.２、ＺＨＭ系列齒輪流量計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)
ＺＨＭ齒輪流量計(jì)是容積式流量計(jì)。如圖３ＺＨＭ流量計(jì)結(jié)構(gòu)特征圖所示，結(jié)構(gòu)與齒輪累相似，主要由內(nèi)六角螺絲、上殼體、下殼體、齒輪與軸桿、電磁式傳感器、前置放大器Ｗ及０型密封圈所組成。隨著介質(zhì)的流動(dòng)，推動(dòng)兩個(gè)互相咕合的巧輪轉(zhuǎn)動(dòng)，且齒輪使巧低摩擦系數(shù)的軸承不能受任何外在條件的干涉。介質(zhì)從齒輪和殼體之間的測(cè)量室流過(guò)。一對(duì)齒輪自由轉(zhuǎn)動(dòng)，不需要供電。齒輪的轉(zhuǎn)速與瞬時(shí)流量成正比。齒輪流量計(jì)配備了信號(hào)拾取傳感器，不用接觸介質(zhì)而透過(guò)外殼就可Ｗ精確檢測(cè)轉(zhuǎn)速。每單位體積的脈沖數(shù)是固定的，當(dāng)計(jì)量齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒時(shí)，傳感器接收并發(fā)出一個(gè)信號(hào)，代表著一個(gè)齒容積Ｖｇｚ的液壓油的流出，另外帶內(nèi)置傳感器的現(xiàn)場(chǎng)指示表頭ＶＴＭ，還可Ｗ提供４到２０ｍＡ模擬信號(hào)輸出。通過(guò)前置放大器將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，最后經(jīng)連接線發(fā)出同時(shí)可Ｗ計(jì)算體積流量。
在夾緊液壓系統(tǒng)每完成一個(gè)進(jìn)退動(dòng)作時(shí)，理想狀態(tài)下流進(jìn)流出液壓缸的介質(zhì)體積與流過(guò)流量計(jì)的體積是完全等同的。所Ｗ我們就可Ｗ通過(guò)一定的公式計(jì)算出液壓缸的精確位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缸體的實(shí)時(shí)精確監(jiān)控。
圖３ＺＨＭ流量計(jì)結(jié)構(gòu)特征圖
３.３、ＺＨＭ齒輪流量計(jì)的脈沖信號(hào)檢測(cè)
上一節(jié)對(duì)凱恩姆的ＺＨＭ齒輪流量計(jì)的工作原理進(jìn)行了闡述，通過(guò)對(duì)齒輪轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)公式計(jì)算出流量體積，然而對(duì)齒輪轉(zhuǎn)速監(jiān)控的方式有很多，比如磁電式傳感器、光電式傳感器、電容式傳感器等。而凱恩姆的ＺＨＭ齒輪流量計(jì)采用是磁電式傳感器，其工作原理圖如圖４所示。
圖４磁電式傳感器工作原理示意圖
根據(jù)磁電式傳感器工作原理示意圖所示，磁電式傳感器由小鐵棒、線圈等部分組成。感應(yīng)線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)是由無(wú)數(shù)條有規(guī)律的磁力線組成的。當(dāng)齒輪隨流動(dòng)介質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輪齒會(huì)按一定的方向切割磁力線。從而對(duì)磁阻產(chǎn)生變化，相對(duì)應(yīng)的感應(yīng)線圈也會(huì)因此產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。而電動(dòng)勢(shì)的大小與輪齒轉(zhuǎn)動(dòng)的速度成正比，當(dāng)輪齒轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越快時(shí)，相應(yīng)的電磁傳感器輸出電壓也越大ＩＷ。
另外此種傳感器對(duì)工況的要求非常低，能夠在充滿油氣、水汽等復(fù)雜工況條件下正常工作。且結(jié)構(gòu)紫湊、結(jié)實(shí)耐用。傳感器的測(cè)量范圍為化００８￣６５Ｚ／ｍｍ，擁有如此大范圍測(cè)量能力的同時(shí)還能保證輸出信號(hào)強(qiáng)等特點(diǎn)。而且此種傳感器運(yùn)行成本低廉，無(wú)需電為驅(qū)動(dòng)，全程都是電磁感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輪齒轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)該傳感器標(biāo)準(zhǔn)化程度非常高，可與各式各樣的二次儀器搭配工作。
３.４、ＺＨＭ齒輪流量計(jì)的選型
根據(jù)之前對(duì)凱恩姆的ＺＨＭ齒輪流量計(jì)工作原理的介紹，可知其精度的控制完全是由每個(gè)輪齒咕合時(shí)的幾何齒積Ｖｇｚ來(lái)決定的。流量計(jì)作為衡量工具，由于結(jié)構(gòu)本身存在不可避免的間隙因素的影響，一部分流量通過(guò)間隙流出不被測(cè)量。因此對(duì)于其測(cè)出的毎一個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，都包含了兩個(gè)方面：１）、測(cè)得值本身；２）流量計(jì)允許的誤差范圍。兩者缺一不可。通過(guò)查閱廣家資料可知，凱恩姆的ＺＨＭ系列流量計(jì)的誤差保持在＜±０．１％范圍內(nèi)。其精度特征如圖５所示；
圖５ＺＨＭ齒輪流量計(jì)精度特征圖
由于ＭＸ加工中也液壓系統(tǒng)現(xiàn)采用美孚ＤＴＥ２５液壓油作為流動(dòng)介質(zhì)，其潤(rùn)滑油粘度ＩＳＯ等級(jí)為４６，粘度指數(shù)（ＡＳＴＭＤ２２７０）為９８，密度（＠１５°Ｃ，ＡＳＴＭＤ１２９８）為０．８７化ｇ／Ｌ，工作狀態(tài)下流動(dòng)速度在０．４￣０．５Ｌ／ｍｉｎ之間。因此，為滿足工況要求，在保證流量計(jì)監(jiān)控精度的基礎(chǔ)性上，同時(shí)能確保壓降與流量?jī)烧唛g擁有良好線性關(guān)系。下面通過(guò)對(duì)比ＺＨＭ系列齒輪流量計(jì)各型號(hào)的技術(shù)參數(shù)表來(lái)確定具體型號(hào)。如表２．１所示。
表１ＺＨＭ齒輪流量計(jì)技術(shù)參數(shù)
通過(guò)表１技術(shù)參數(shù)對(duì)比可知，型號(hào)為ＺＨＭ０１、ＺＨＭ０１八流量計(jì)的測(cè)試精度、分辨率都較高且測(cè)量范圍都滿足要求。再將兩者種型號(hào)所測(cè)介質(zhì)粘度指數(shù)為１００的工作狀態(tài)下的壓降－流量線性曲線進(jìn)行對(duì)比，如圖６所示。
圖6ＺＨＭ０１、ＺＨＭ〇ｙｉ流量計(jì)粘度系數(shù)為１００狀態(tài)下壓降－流量線性圖
通過(guò)粘度系數(shù)為１００狀態(tài)下壓降－流量線性對(duì)比可知，兩種型號(hào)在流量范圍為０．１￣０．５Ｌ／ｍｉｎ的工作狀態(tài)下，ＺＨＭ０１／１的壓降與流量線形曲線更為平緩，因此將ＺＨＭ０１／１－ＳＴ－Ｅ－Ｔ齒輪流量計(jì)確定為最終型號(hào)。
４、信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)
ＺＨＭ０１／１－ＳＴ－Ｅ￣Ｔ齒輪流量計(jì)采用的磁電式傳感器。其在現(xiàn)場(chǎng)工作的過(guò)程中，受各種干擾源的影響對(duì)測(cè)試的精度、穩(wěn)定程度均會(huì)產(chǎn)生干擾。因此對(duì)其所受主要的幾種干猶的特性進(jìn)行分析。進(jìn)一步明確信號(hào)處理思路，并且對(duì)信號(hào)處理電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
４. １干擾因素分祈
在磁電式傳感器工作時(shí)，感應(yīng)線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)是由無(wú)數(shù)條有規(guī)律的磁力線組成的。當(dāng)齒輪隨流動(dòng)介質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輪齒會(huì)按一定的方向切割磁力線。從而對(duì)磁阻產(chǎn)生變化，相對(duì)應(yīng)的感應(yīng)線圈也會(huì)因此產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。而電動(dòng)勢(shì)的大小與輪齒轉(zhuǎn)動(dòng)的速度成正比，當(dāng)輪齒轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越快時(shí)，相應(yīng)的電磁傳感器輸出電壓也越大。但現(xiàn)實(shí)狀況并不僅如此，電極所獲得的電壓并不完全由電動(dòng)勢(shì)獲得，其中也涵蓋了多種干擾因素。干化一般分為微分、同相、共模、竄模、電化學(xué)Ｗ及工頻干擾等等。
在上述的干猶中，竄模干擾是因?yàn)榱髁坑?jì)的工作周圍存在交變磁場(chǎng)，面對(duì)這樣的問(wèn)題，我們可采用較高質(zhì)量的雙絞線及接地等措施來(lái)有效抑制類似狀況的出現(xiàn)。對(duì)于一個(gè)剛使用的流量計(jì)而言，電化學(xué)干擾的干擾能力相對(duì)來(lái)說(shuō)極其微弱，暫且不需考慮。其中，同相干擾作為微分干擾次生產(chǎn)品，兩者對(duì)電磁流量計(jì)的干擾起到了關(guān)鍵作用，另外，在缸體半自動(dòng)化生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)的各種各樣工頻信號(hào)對(duì)流量計(jì)的工頻干擾不可忽略。所Ｗ，對(duì)上訴的四種干擾信號(hào)建立消除機(jī)制對(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的提高有很大的積極意義。
４. ２總體設(shè)計(jì)方案
因?yàn)榇烹娛搅髁坑?jì)輸出信號(hào)極其微弱，電壓一般在１毫伏一下，在加上強(qiáng)大的內(nèi)阻，必須選用高輸入阻抗的放大器，來(lái)抑制干擾因素增益信號(hào)１１。該電路分為兩個(gè)部分，前半部分包括前置放大電路和模擬開(kāi)關(guān)（消除微分?jǐn)_動(dòng)因素）。后半部分包括低商通濾波器Ｗ及二級(jí)放大電路。同時(shí)為了克服同相與共模干擾，在這里我們也引入了電平提升電路。因?yàn)閭鞲衅鞯男盘?hào)為正負(fù)交替，在這里引入精密全波整流電路來(lái)適應(yīng)控制器的電壓范圍ＰＬＷ。本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如下圖３．７所示。
圖７流董監(jiān)控總體方案設(shè)計(jì)
４.３信號(hào)采集電路
為放大傳感器傳回的信號(hào)，抑制低、高頻干猶，ｗ及消除微分干擾所帶來(lái)的尖刺。本工藝小組借鑒其他橫向工藝改造項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，最終確定的信號(hào)采集電路如圖８所示。
圖８信號(hào)采集電路
如信號(hào)采集電路所示，前置放大與二級(jí)放大兩部分電路均采用ＡＤ６２０ＡＮ巧片。兩者是分別通過(guò)Ｒｉｉ和民２１兩個(gè)外設(shè)電阻來(lái)設(shè)置增益，最大可達(dá)到１０００，且提供８引腳ＤＩＰ和ＳＯＩＣ封裝，功耗低，峰峰值噪聲在１０ＨｚＷ下且擁有出色的直流性能巧級(jí)巧日交流特性。模擬開(kāi)關(guān)是為了消除微分干擾所帶來(lái)的尖刺，其工作原理為，當(dāng)尖刺來(lái)臨時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，直到尖刺過(guò)去為止。因?yàn)楹竺娴臑V波電路有電容裝置，短暫性的斷開(kāi)模擬開(kāi)關(guān)也不會(huì)造成任何影響。濾波電路分為高通和低通兩個(gè)部分，低通截止２０Ｈｚ左右頻率，高通截止ＩＨｚ左右頻率。兩者組成的濾波電路對(duì)低頻、高頻干擾有不錯(cuò)的消除作用。
經(jīng)過(guò)信號(hào)處理過(guò)的信號(hào)波形圖如圖９所示。
（ａ） （ｂ）
（ｃ）
圖９經(jīng)各階段信號(hào)處理過(guò)后的波形
通過(guò)對(duì)經(jīng)各階段信號(hào)處理過(guò)后的波形觀察發(fā)現(xiàn)，因共模干擾因素的影響，波形圖在圍繞零線或上或下飄逸，針對(duì)這樣的問(wèn)題，應(yīng)該加電平提升電路取消共模干擾，使其上下對(duì)稱。如圖１０所示。
圖１０電平提升電路
因?yàn)椋冢龋停埃保保樱裕牛札X輪流量計(jì)的勵(lì)磁方式的制約，磁電式傳感器信號(hào)為正負(fù)交替式的矩形波狀，而控制單元的模擬量輸入端電壓一般在５Ｖ左右，為正電壓有效，所Ｗ將會(huì)出現(xiàn)采集信號(hào)失真的問(wèn)題，這將會(huì)極大影響模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。因此在電平提升電路的后面再添加精密全波整流電路，將信號(hào)在零下ｔＵ下的部分取絕對(duì)值（將其轉(zhuǎn)換為直流型號(hào)）Ｉ這樣就能滿足控制單元模擬量輸入端的電壓要求。如圖１１所示。
圖１１精密全波整流電路
而經(jīng)過(guò)上述兩個(gè)電路處理后的信號(hào)波形如圖１２所示。
圖１２由電平提升電路與精密全玻整流電路處理后的波形圖
根據(jù)升平和整流電路處理后波形圖所示，圖中曲線１為經(jīng)電平提升電路處理，已消除共模干擾因素，波形也基本相對(duì)于零線上下對(duì)稱。圖中曲線２為絕對(duì)值處理后的波形圖，已經(jīng)基本可看做是一條直線（將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)），便于之后的控制單元對(duì)其進(jìn)行數(shù)模信號(hào)的處理。
４.４狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路
由于ＺＨＭ０１／１－ＳＴ－Ｅ－Ｔ齒輪流量計(jì)側(cè)得信號(hào)為模擬量信號(hào)，需用Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再累加器的數(shù)字量輸入端口。因現(xiàn)場(chǎng)ＰＬＣ硬件設(shè)各中有閑置的模擬量輸入模塊，為節(jié)省成本，提高原有設(shè)各的利用率，簡(jiǎn)化線路安裝的人工成本，決定再將進(jìn)累加工作完成后的信號(hào)進(jìn)行Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換后輸入ＰＬＣ模擬量輸入端口，進(jìn)行信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，如超過(guò)理想范圍將報(bào)警。
根據(jù)上述要求，現(xiàn)進(jìn)行Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的工作要求的分析與選型。因磁電式傳感裝置的測(cè)量精度保持在＾范圍內(nèi)，故Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的精度選取范圍在±〇，〇５％即可，相應(yīng)的二進(jìn)制碼包含符號(hào)位的情況下為１１１２位。另外，模巧量信號(hào)經(jīng)過(guò)精密全波蓉流電路的處理屬于直流信號(hào)變化的非常緩慢，可不選用采用保持器。由于信號(hào)電壓控制在３．２Ｖ左右，選取的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器電壓范圍在２．５？５Ｖ之間。Ｊ翻閱廠家資料選定型號(hào)為ＡＤ７８８８的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器。圖１３為其引腳圖。
圖１３ＡＤ７８８８引腳圖
ＡＤ７８８８屬于８通道、１２位的ＡＤ轉(zhuǎn)換器。其功耗低、速率快，電壓在２．７Ｖ？５．２５Ｖ之間。正常工作下功耗為２／？ｒ，省電模式下為３／／Ｗ。包含有ＡＩＮ１￣ＡＩＮ８單端模擬輸入通道，轉(zhuǎn)換滿功率信號(hào)將達(dá)到３ＭＨｚ。且片內(nèi)具有Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的電壓基準(zhǔn)源（管腳ＲＥＦＩＮ／ＲＥＦＯＵＴ，基準(zhǔn)值２．５Ｖ）。
由計(jì)算可得夾紫液壓系統(tǒng)在正常工作時(shí)單位時(shí)間流量值不高于８．４ｃｍ％，且ＺＨＭ０１／１流量計(jì)的幾何巧積０．０４ｃｍ３，可算得液壓缸在正常工作的狀態(tài)下每秒鐘輪齒轉(zhuǎn)動(dòng)的最高頻率值為２１０。因此在進(jìn)行累加器設(shè)計(jì)時(shí)，它的單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)一定要比齒輪的最高頻率值要高。此外在累積器完成后所輸出的信號(hào)是數(shù)字量信號(hào)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)ＰＬＣ硬件設(shè)備中有閑置的模巧量輸入模塊，為節(jié)省成本，提高原有設(shè)備的利用率，且簡(jiǎn)化數(shù)字量模塊在設(shè)計(jì)過(guò)程中線路編排所耗費(fèi)大量的時(shí)間和人工成本，本工藝組決定在累加器后面在加Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換電路。又因?yàn)椋校蹋盟铻殡妷盒盘?hào)，所Ｗ決定在將Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器所處理完成的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再運(yùn)用高低電平周期性變化矩形波信號(hào)對(duì)累加器進(jìn)行計(jì)數(shù)控制。
下面將累加器、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)放電路Ｗ及高低電平周期性變化矩形波信號(hào)控制電路組成最終的信號(hào)處理電路圖，如圖１４所示。
圖１４信號(hào)處理電路圖
如信號(hào)處理電路圖顯示，累加器部分由兩個(gè)７４ＬＳ１６１芯片搭建八位二進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器（最大值２５５），Ｗ此來(lái)滿足即可滿足比齒輪的最高頻率值２１０要高的要求
累加器的工作過(guò)程為低位片Ｕ１的化Ｋ端口接收經(jīng)采集信號(hào)電路處理過(guò)的數(shù)字量信號(hào)，當(dāng)ＭＲ、ＬＯＡＤ、ＥＮＰＩＵ及ＥＮＴ均為１時(shí)，只要ＣＬＪＣ端口受一次上升沿作用，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加１。直到低位片Ｕ１的計(jì)數(shù)的Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２１Ｕ及Ｑ３端均為１，且使能端ＥＮＴ、進(jìn)位輸出端ＲＣＯ都通高電平時(shí)溢出。高位片Ｕ２使能端ＥＮＰ接通Ｕ１的ＲＣＯ的高電平的時(shí)候開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)Ｕ２計(jì)入一個(gè)脈沖的同時(shí)Ｕ１的Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３Ｗ及進(jìn)位端ＲＣＯ均從１變?yōu)椋?。Ｕ２?jì)入一個(gè)脈沖，同時(shí)Ｕ１進(jìn)位信號(hào)ＲＣＯ也變?yōu)椋埃敝料乱淮危眨边M(jìn)位信號(hào)端再次為１時(shí)，此時(shí)的累加器已經(jīng)達(dá)到了最大計(jì)數(shù)值２５５。
此外在累積器完成后所輸出的信號(hào)是數(shù)字量信號(hào)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)ＰＬＣ硬件設(shè)備中有閑置的模擬量輸入模塊，為節(jié)省成本，提高原有設(shè)備的利用率，且簡(jiǎn)化數(shù)字量模塊在巧計(jì)過(guò)程中線路編排所耗費(fèi)大量的時(shí)間和人工成本，本工藝組決定在累加器后面在加Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換電路。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為ＤＡＣ０８３２ｌ３ｓ］。其工作原理正如信號(hào)處理電路圖上反映的，作為８位梯形電阻式Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器，其輸入端ＤＩ０至Ｍ７依次接入累加器低位片Ｕ１、高位片Ｕ２的Ｑ０至Ｑ３端進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。又因?yàn)椋校蹋盟铻殡妷盒盘?hào)，所ｔＵ決定在將Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器所處理完成的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)且為防止信號(hào)失真在進(jìn)行放大功能。此處本工藝組決定使用兩次反相輸入的接法，不僅可將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，而且可通過(guò)兩次的比例放大Ｗ防信號(hào)失真。此過(guò)程中，當(dāng)Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器的ＤＩ０至ＤＩ７輸入端口開(kāi)始接收信號(hào)后，此時(shí)巧京＾（鎖存器開(kāi)關(guān)）與東跨（寄存器開(kāi)關(guān)）兩個(gè)端口同時(shí)為低電平，總片內(nèi)部處于導(dǎo)通狀態(tài)，接收的信號(hào)可快速的轉(zhuǎn)化成模擬量信號(hào)。ＩＯＵＴ２與兩個(gè)ＬＭ３５８Ｎ芯片的同相輸入端一起接地，ＩＯＵＴ１與第一個(gè)ＬＭ３５８Ｎ芯片反相輸入端相連接。將電流信號(hào)經(jīng)過(guò)反相運(yùn)算轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。ＤＡ模塊中的ＶＲＥＦ端（基準(zhǔn)電壓）、第一個(gè)ＬＭ３５８Ｎ芯片輸出端與第二個(gè)ＬＭ３５８Ｎ芯片的反相輸入端相連，ＲＦ與ＲＡ—起確保信號(hào)放大兩倍。且ＲＦ與ＲＡ的阻值足夠精確時(shí)，就能確保比例運(yùn)算精度與穩(wěn)定程度。
最后在進(jìn)行控制信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)時(shí)，巧妙利用累加器低電位芯片（Ｕ１）的清零端口低電位有效原則，運(yùn)用５５５定時(shí)器、Ｒ１（５（ＵＱ）、Ｒ２（５０紀(jì)０、Ｃ１（１４２８６ｎＦ）及Ｃ２（ｌＯｎＦ）組成的周期為１．５ｓ多諧振蕩電路對(duì)ＭＲ端口進(jìn)行控制，確保清零端曰通電Ｉｓ后有０．５ｓ處于失電狀態(tài)口６－３８１。通過(guò)觀測(cè)累加器單位時(shí)間內(nèi)累加數(shù)值來(lái)確定輪齒的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，因此便可計(jì)算出通過(guò)管路的流量體積。
４.５ＰＬＣ程序編制
根據(jù)上文信號(hào)處理思路可知，經(jīng)過(guò)信號(hào)采集電路１＾＞１及信號(hào)處理電路電壓模擬量信號(hào)從ＰＬＣ的模擬量輸入端口輸入，在ＰＬＣ編程中可直接將這些數(shù)據(jù)引入程序中ｆｗ－Ｗ。在對(duì)流量體積進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警的系統(tǒng)中，硬件配置如表３．２所示。
表２流量監(jiān)控系統(tǒng)梗件配置表
由于流１：計(jì)所選型號(hào)為ＺＨＭ０１／１－ＳＴ－Ｅ－Ｔ，其齒輪齒積Ｋｐ為０．０４ＣＷ３，同時(shí)査閱ＭＸ加工中也生產(chǎn)參數(shù)得知，其液壓系統(tǒng)夾緊裝置的液壓缸在正常工作狀態(tài)下的流量范圍為６．６７￣７．５ｃｗ，／，，但在實(shí)際生產(chǎn)中因密封件老化、液壓缸體磨損導(dǎo)致的油道出現(xiàn)間隙、壓力受到損失等不可逆因素影響，考慮到這些因素影響現(xiàn)按照原有流量范圍最大值的１％作為誤差取值范圍，計(jì)算液壓缸工作時(shí)工作流量不大于７．６ｃｍ，Ａ?xí)r，且壓力傳感器１的值在裝夾時(shí)達(dá)到可認(rèn)定油路狀態(tài)正常且裝夾到位。相反，若流量值超過(guò)７．６ｃ？Ｙ，或者壓力傳感器１的值為達(dá)到，則視為液壓油路泄漏或者裝夾未到位。現(xiàn)將流量值等于７．６ｃｍ３／ｓ與＾＾。等于＾０４ｃ／？３代入式（３－１）中可求得：
ＰＬＣ控制程序的梯形圖如圖１５所示。
圖１５ＰＬＣ控制程序圖
（ａ）央緊狀態(tài)；化）夾緊松開(kāi)
５、本章小結(jié)
通過(guò)Ｗ上工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)夾緊裝置液壓系統(tǒng)的硬件和軟件兩方面的升級(jí)。通過(guò)液壓油路現(xiàn)狀的分析，找到了監(jiān)控方案的缺陷，并提出電子壓力傳感器化及流量計(jì)混合監(jiān)控的方案。彌補(bǔ)了對(duì)夾具動(dòng)作監(jiān)控不足同時(shí)，還増加對(duì)液壓系統(tǒng)Ｗ及回轉(zhuǎn)臺(tái)分配器出現(xiàn)漏油現(xiàn)象的報(bào)警功能。同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)信號(hào)干擾因素進(jìn)行分析，并針對(duì)性設(shè)計(jì)出信號(hào)采集電路和信號(hào)處理電路。為防止信號(hào)失真，保證測(cè)量精度作出重要貢獻(xiàn)。最后進(jìn)行ＰＬＣ程序的編制對(duì)夾緊裝置液壓油路內(nèi)流量值和壓力值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦超過(guò)正常流量值范圍或未能達(dá)到預(yù)定壓力則會(huì)第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信號(hào)，Ｗ提醒操作人員對(duì)設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行排查。能夠做到第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，大大降低了停臺(tái)率，提升了生產(chǎn)效率，避免了不必要人力物力的浪費(fèi)。
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