具有远程无线监控功能的铝隔条折弯机控制系统设计

张从鹏，李东旭

(北方工业大学机电工程学院，北京100144)

中空玻璃具有节能环保等优点，广泛应用于建筑行业，因此生产中空玻璃所必需的铝隔条折弯机具有很好的市场。现有的铝隔条折弯机控制系统有两种类型:一种是IPC+运动控制卡类型，由于这种类型采用工控机，还需要配触摸屏，并且系统运行时功耗大，因此造价很高;另一种类型是采用PLC+触摸屏方式，这种类型的应用软件不丰富，开发数据库管理程序困难。这两种类型控制系统的折弯机都不能实现远程监控功能，用其加工铝框时需要员工现场监控，当折弯机发生故障时必须到现场进行诊断。针对以上不足，文中开发了一种基于WinCE 系统的铝隔条折弯机控制系统，降低了成本，实现了远程无线监控功能，提高了折弯机的集成化、智能化水平，对铝隔条折弯机的开发具有重要的意义。

1 折弯机控制系统结构组成

铝隔条折弯机控制系统的硬件结构组成如图1所示，主要由基于WinCE 系统的工业触屏计算机、GSM 无线通信模块、运动控制卡、传感器和其他元件组成。

利用基于WinCE 的上位机向运动控制卡发出加工指令，运动控制卡接收到指令后控制电机、气缸完成相应动作，并接收反馈回来的信号，实现对铝隔条的加工。通过无线通信模块，利用GSM 技术以收发短信息的方式完成折弯机的远程无线监控。

图1 折弯机控制系统结构组成

2 控制系统主要硬件选择

为降低折弯机成本并且实现远程无线监控功能，上位机选择的WLT_TFT800 ×600 型10 英寸工业触摸屏计算机，该计算机使用WindowsCE6.0 操作系统，性能稳定，增加了折弯机控制系统的可靠性。相比较IPC+触摸屏类型的折弯机大大降低了成本，采用WinCE 系统也便于进行软件开发。

无线通信模块是实现远程无线监控功能的重要模块，折弯机无线通信模块采用的是GSM MODEM，通过RS232 接口与上位机相连，能够实现收发短信的功能。

折弯机的下位机采用MTEC-001 型运动控制卡，通过以太网与上位机连接进行通信，可以满足折弯机控制系统对速度和精度要求，而且该卡比现有折弯机使用的运动控制卡价格低廉。

3 控制系统应用软件设计

折弯机控制系统软件在Microsoft Visual Studio 2008 集成开发环境下开发，使用C#语言进行编程，结合SQL 语句对数据进行处理。软件主要由生产管理、运动控制(包括手动折弯与自动折弯)、系统监控主要功能模块组成。

图2 折弯机控制系统软件功能框图

折弯机上位机使用WinCE 操作系统，根据软件的主要功能模块，开发基于WinCE 的折弯机控制系统程序。

3.1 生产管理类程序开发

生产管理界面如图3所示，可以查询生产日志，包括铝框的生产日期、批号、规格等信息;可以通过工号查询员工姓名、年龄、照片等资料，也可以添加新员工信息。图3 为成功添加新员工信息后系统给出的提示。

图3 生产管理界面

生产管理程序的编写主要是基于WinCE 系统进行数据库处理程序的编写。包括生产信息管理在内的所有数据处理程序，例如数据的添加、查询、修改、删除等操作，都使用Microsoft SQL Server Compact 3.5来进行开发。通过SQL 语句来定义数据库和数据表，通过执行SQL 命令语句实现对存储信息的数据库执行添加、修改等操作，利用DataGrid 控件显示数据。

3.2 运动控制类程序开发

折弯机通过一系列电机、气缸运动实现铝隔条折弯加工工艺，流程是先上料(将铝条从料仓移到折弯操作台)，然后确定折弯加工原点，再根据设定的铝框参数依次执行进给与折弯以完成对铝框的成型加工。进给时如果检测到用完整根铝条，会启动插接操作将两根铝条连接在一起，还要注意计算插脚避让，也就是通过截断部分铝条以避免接头处于铝框折角处。

运动控制程序的开发主要包括手动折弯和自动折弯应用程序的编写。手动折弯界面如图4所示，通过手动折弯程序可以实现单步加工，包括上料、插接、进给、折弯、截断等操作，同时也可以单独对每个电机、气缸执行操作，并显示电机、气缸的位置状态。

图4 手动折弯界面

通过利用运动控制卡基于WinCE 操作系统下的运动控制函数库(LHJD.CNC.Base.CE.dll)，调用库中的相关运动控制函数编写单步加工程序，实现对运动进行精确、高速、协调的控制。编写运动控制程序的具体流程如图5所示。

自动折弯主要功能是实现连续生产一定数量的同种规格的铝框，提高了生产效率。

自动折弯运动程序的编写调用了手动折弯的运动控制程序的方法，依次执行单步加工运动以实现连续折弯工艺，控制卡实时将电机、气缸、限位开关的状态反馈到上位机，确保运动正确执行。在参数设置里面、可以设定电机转速、长度与角度的误差补偿等具体参数来优化折弯工艺。

图5 运动控制程序编写流程图

图6所示为加工矩形铝框实验的示意图。设定加工件数，矩形边长A、B 等参数，由A 计算第一次进给长度，进给结束进行90°的折弯，折弯结束进行第二次进给，长度为B。如果进给过程中检测到需要插接，则执行上料与插接的操作。依次执行进给与折弯直至矩形铝框成型，成型后截断铝隔条并存储加工信息，如此循环完成全部生产。

图6 折弯机自动加工矩形铝框实验

3.3 系统监控类程序开发

通过系统监控界面来实现折弯机的远程无线监控功能，可以监测传感器状态、查看折弯机运行中运动参数的变化，方便对系统进行故障诊断。

折弯机与监控中心之间的通信不要求严格的实时性，采用GSM 技术以可以满足系统监控对时间的要求，同时选择合适的通信运营商提供的短信包月业务来控制信息费成本。

监控系统发送、读取、删除短信息的过程是上位机通过串口向通信模块发送AT 指令来实现的。基于WinCE 系统编写串口通信程序，利用Microsoft Visual Studio 2008 工具箱的SerialPort 控件编写串口通信函数。对存储短信息的数据库执行查询、修改等操作时通过执行SQL 命令语句实现。

当系统发生故障需要远程诊断时，折弯机能自动发出信息并接收诊断中心的调试指令进行故障诊断，其流程如图7所示。当监控系统收到查询运行状态指令后，如图8 流程所示，能够准确将相关IO 口状态发送回来。如果系统收到的为加工指令，则会控制电机、气缸运动以实现自动折弯加工，短信息收发无误，监控指令传达正常。窗口能正确显示接收到的指令，可以对监控信息进行查询。

图7 远程故障诊断流程图

图8 执行监控指令流程图

4 总结

经过试验，软件在基于WinCE 的触屏计算机上运行正常，通过人机交互界面传达加工指令，执行元件运转正确，铝框成型良好，实现了折弯加工工艺。通过无线通信模块实现了折弯机的远程控制和状态监测，数据存储准确，数据库访问正常。

该系统实现了折弯工艺，并可以实现无线监控，提高了中空玻璃折弯机的自动化水平。系统运行可靠、成本低，具有良好的推广前景。

【1】张财政.中空玻璃铝隔条自动折弯机设计与控制［D］.北京:北方工业大学，2010.

【2】王浩.基于WINCE 模拟器的短信收发系统设计［J］.南昌工程学院学报，2010(1):9－13.

【3】陈志云，张应辉，李丹.基于C#的Windows CE 程序开发实例教程［M］.北京:清华大学出版社，2008.

【4】长沙市两湖机电设备有限公司.MTEC 系列运动控制卡编程手册［M］，2011.