基于虚拟仪器和CompactRIO平台实现清洗机流水线的设计

作者：M. Malovrh，Bosio d.o.o.,斯洛文尼亚

在工业行业中，有一系列不同性能的可编程逻辑控制器（PLC），但经过对现有产品的综合研究，我们选择了CompactRIO与NI 的 C系列模块作为我们的系统开发平台。这种配置提供了一个灵活的、高性能和低成本的解决方案，并且具有相同或比PLC更优越的功能。

研究小组选择了坚固耐用的NI cRIO-9074集成控制器，它将一个400 MHz的工业实时处理器和一个可重新配置的现场可编程门阵列（FPGA）融合在一个底板中，适用于嵌入式的机器控制和监测应用。从多种I / O模块中，我们选择了NI 9425漏极数字输入模块去检测光电信号，脉冲发生器的位置和限位开关。NI 9476源极数字输出模块控制着气动阀门，气动液压缸，水和真空泵，并且确保了负载的精确运动状态。NI 9203数据采集模块测量了清洗室内部的真空压力，而NI 9211热电偶输入模块测量了水、空气干燥度、负载以及腔室的温度。

系统硬件和软件

此外，NI PPC-2115工业平板电脑具有内置触摸屏，它被证明是处理机器与用户之间交流的正确选择。利用工业平板电脑技术，我们为显示整个清洗机流水线的状态提供了一个用户友好，高度可控的环境。该解决方案可以节省空间，是大型人机界面大型应用的理想选择。

为了控制系统，我们选择了图形化系统设计软件LabVIEW，因为它易于使用、具有可移植性以及可扩展性。而且LabVIEW编程环境也有助于显著地缩短开发时间。

清洗机流水线的实施

清洗机器流水线由Bosio d.o.o设计和开发，主要是基于两个方面的需求。首先是传送系统，通过管理装有负载的篮子到达传输系统的最后自由区域途中的运动，来保证线路空间的最佳 利用。操作员可以在清洗机的腔室内的两个位置装载篮子并激活输送带。在篮子运送到清洗机内之前，系统为篮子加上盖子，并在过程结束时自动移除。此外，自动 卸载篮子由两步操作完成。

在开发传送系统时，主要的挑战是要确保速度和可靠性。该系统采用精确到毫米的激光光电管来确定篮子的位置和下一步措施。篮子盖在输入/输出时的操作 也要求很高的精度。我们通过使用脉冲编码器测量其位置来确定系统的卸载速度。该处理器检测到源于脉冲编码器的脉冲并且通过数学计算将它们转换成合适的单 位。其结果提供了卸载部分的正确位置。

第二个因素是清洗的过程。它包括洗涤周期的不同阶段，并且过程中要确保负载的干净和干燥。洗涤过程需要适当的配置，其中包括机械、电气和编程要求的 复杂组合。机械要求包括许多不同的保证洗涤质量的清洗选择。该系统可对负载进行结合了水射流、负载循环、用压缩空气鼓泡、抽真空和加热等组合的方式进行清 洗。此时，系统获取和处理大量数据。温度，压力，水位，以及篮子的位置需要加以控制。提供了精确度和快速响应时间的比例积分微分（PID）控制器完成了这 个任务，确保了清洗质量保持一致。

使用LabVIEW和NI的PPC - 2115工业平板电脑，操作者可以快速检查数据的状态，包括负载的错误、不活动、位置和数目。用户可以监控马达的状态，水泵，温度和压力。此外，由于 LabVIEW的简单易用，操作者可以很容易写入、重新整理、保存、加载或使用虚拟键盘绘制清洗机流程图。由于系统连续监控报警情况，错误检测时间已经大 幅度减少。

结论

通常情况下，工程师设计的复杂机器需被不具有高水平编程知识的操作者每天使用。这些复杂的系统必须精密的管理所有必要的操作，但他们必须提供一个清晰的和用户友好的界面，使技术人员可以很容易地操作和使用，而无需高级工程师的参与。

我们采用的解决方案是通过使用NI产品为用户提供一个具有高性能的复杂系统。它具有简单操作且友好的用户界面以便交流，具有复杂的功能特性以及准确 的数据分析能力。使用NI技术，我们开发了一个先进的、全自动的工业清洗机流水线，易于使用和维护。 结合CompactRIO平台与LabVIEW的能力帮助我们迅速解决了复杂的问题，这比我们使用市场上的其他产品更容易。

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