关键词：可编程控制器;钢球外观检验;电磁干扰;时序
Abstract:We aimed at the status quo that our country had not produced one machine including all the functions of steel-ball facies inspection and designed the system based on PLC. This article proposed the preventive measures against electromagnetic disturbance and analysed the property of the inspection system and the inspection time. This article also recounted the measure of producing the time series for control.
Key word:PLC,steel-ball facies inspection,electromagnetic disturbance,time series
1 引言
滚动轴承是国家机械工业中重要的基础性零件，而钢球作为轴承的滚动体，它的质量优劣对滚动轴承的性能、安全起决定性的作用。全球只有捷克制造出功能完善的钢球外观检验机，它以前是采用凸轮控制开关来控制，时序是由内部的变速箱完成，噪音大，在开关处有时产生的电火花与负载断电的浪涌电流会造成干扰。1990年中国第一次引进绝大部分由模拟电路实现控制的捷克钢球外观检验机，由于技术垄断使得国内在钢球检验方面全部购买捷克产品至今。此设计用PLC实现检验要求的准确控制时序和检验信号处理。
2 检验控制系统概述
2.1钢球外观检验系统总体结构与PLC完成功能
可以划分为四个部分，⑴、供料系统：料斗、直径分选器、供应通道。⑵、展开系统：展开机械系统、隔离器、数球器、进料器、进料机械手指。⑶、检验系统：光电探测仪、振动探测仪、涡流探测仪。⑷、控制装置：可编程控制器、触摸屏。
钢球从料斗到检验后被分选，PLC要完全控制钢球的运动状态，完成整个检验的闭环控制与实时向触摸屏、检测装置执行装置通信的任务。
系统配置的PLC是三菱公司的FX1n型。触摸屏通过RS485接口与PLC连接。通信参数设定：数据位：7位;停止位：1位;校验位：偶校验;波特率：9600bps;超时常数为3秒。
图1 整个控制系统结构框图
2.2 PLC输入输出信号分析：
（1）、隔离器信号：钢球累积时发出的信号，形式是周期不定的方波。PLC判断方波高电平的时间确定是否有效。（2）、数球器信号：从隔离器信号中分析处理并计算得到。（3）、展开机构的调试信号：PLC控制展开机构中的调试马达。此调试马达也是机器工作的主驱动马达。在此信号载了一个频率一定反馈信号，从此信号频率的变化来确定展开机构的驱动是否正常，信号线用航空用屏蔽电缆。（4）、光电检测、振动检测信号、涡流检测信号：矩形脉冲，上升沿触发PLC。（5）、输出点接不同型号的固态继电器。
3 软件设计
3.1时间延时考虑：
本程序考虑的时间延时如下：⑴、固态继电器的输入输出延时（2ms内）。⑵、PLC的输入滤波延时（10ms内），输出响应时间（1ms内）。⑶、PLC定时本身误差（下偏差为1ms、10ms、100ms;上偏差为一个扫描周期）。⑷、执行元件的响应时间（3ms内）。（5）、本程序执行周期;触摸屏和PLC之间用的是中断模式，延时忽略。
3.2 检验时间确定：
钢球在展开机构上必须要保证足够的时间，下面对钢球展开时间进行分析。在下图控制滚轮轴心在直线CJ上，钢球球心在O点，钢球在展开机构的控制滚轮上作匀速自转与绕控制滚轮作匀速公转。现在建立坐标如下：
图2 钢球展开示意图
得：
，控制滚轮绕
轴旋转，ω0=ωz,在正常的展开过程中,当控制滚轮在一条接触线上与钢球作用（只讨论控制滚轮一侧） , 钢球在Y-Z 平面有一微小转角∠OJB（设为α）时,由于AB⊥AJ;BC⊥CJ有关系式：
得
。两个三角形△A JB 与△B J C 共边知两三角形全等.设∠A JB = ∠B J C =，∠A J C = 2α。即当钢球在平面Y -Z上转动α角时, 相对
转动2α角度, 控制滚轮的作用, 钢球每绕z 轴旋转一周将绕x 轴转过角度:
如传感器有效探测区域为直径σ的圆域, 取一定的重叠因子, 则有2σ/3=φR由此可得到半带宽
。
而展开半径为r 的钢球, 需绕z 轴旋转
圈. 整个展开时间
。对不同直径钢球的展开, 应配用不同的控制滚轮. 对于直径为5.5562毫米的钢球，需要旋转36圈，检验时间
（ms）。由于FX1nPLC的1ms定时器只有四个,不能满足所有直径组,如果要用1ms定时器便可以用MOV指令传送分组的检验时间.在某种程度上可以相对增加检验机的检验速度,但是在定时器复位和MOV指令的执行顺序与异常处理的保护上要有很严密的设计,这样就大大增加了程序的步数。在PLC提供大量的10ms定时器时，用10ms定时器相对指令很精简，大大缩短了程序的步数，PLC提供的程序步数是有限的，这样就大大有利于扩展其它功能。在进料器上用1个1ms的定时器完成占空比为的定时，可以减小程序定时误差。检验仪器是后开先断的来保证传出的信号可靠。进料器动作周期包含球自由落体运动的时间以及送钢球到子午轮的时间（上料时间）和展开机构放开钢球的打开时间（下料时间）。上料时间和下料时间的计算都要考虑执行元件的动作延时和其它相关的误差（主要的是定时器的定时误差，它可能要比定时设定值少10ms）。上料时间与下料时间总和为43ms这是个固定值。上下料时间（t）=进料机械手指动作完成时间保证值（29ms）+钢球不稳定态时间预留值（8ms）+分选器执行时间保证值（6ms）。对于5.5562毫米的钢球的程序设定时间 T‘=T+t=273 。
3.3 触摸屏界面设计:
我们设计了一下几个主要界面：直径选择界面;调试界面;加密界面;检验状态信息显示界面;报警界面，操作直观易懂。
4 结论与创新观点：
以下是直径为5.5562mm钢球检验的控制时序波形验证;执行周期为T‘=273ms。
图3 5.5562mm直径检验波形图
从图中可以看出完全吻合程序设定值。1通道是进料机械手指周期; 2通道的是进料器的周期;其他波形验证略。钢球检验率与捷克的一致。
用PLC来完成钢球外观检验系统设计是目前全球未有的设计。此设计使系统操作简便，稳定性高，已经在现场调试运行满足要求，检验结果准确可靠，可以定时定量关机，可以选择15组不同大小钢球,达到国际一流水平。钢球检验时间计算算法独特,钢球展开的运动矢量用标量表示方法创新。对我国的钢球检验技术起了很大的推动作用。
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