防化彈藥解體裝置控制系統(tǒng)

1．任務來源 為了滿足全軍防化危險品檢測銷毀站建設的需要，受總裝備部通用 裝備保障部委托，北京機床研究所和防化研究院第五研究所共同承擔了開發(fā)FDJ01型防化彈藥解體裝置的任務。 2．特點 FDJ01型防化彈藥解體裝置針對防化彈藥種類多、結構各異、有毒、 易燃易爆、解體難度大、方法不盡相同的特點。本裝置采用了數控車床結構。在車床主軸和旋轉刀架基礎上，另外增加了一個機械手，用來完成彈體的自動傳送、翻轉等任務，自動化程度高，操作人員安全有保障，能滿足對現役的各種防化彈藥解體的需要。主要的工藝過程有：拆除引信、車削、推出藥柱等。引信、藥柱、彈殼和意外彈分開處理。 3．方案確定 ①主軸電機 針對不同的彈種，在拆除引信時主軸應提供不同的最大轉矩，以防止發(fā)生引爆，當達到最大轉矩仍未能拆除引信時，應作為不能拆除的意外彈處理；引信體螺紋圈數不盡相同，彈種不同時，主軸旋轉圈數可能會不一樣；拆除引信體時主軸轉速不能太高；車削時主軸要有較高轉速。因此，主軸應該具有轉矩可設定、旋轉圈數可控制、轉速可控制等功能?？紤]到性價比及機械結構等綜合因素，決定采用伺服電機作為主軸電機。 ②其他平臺驅動用伺服電機、機械手旋轉和刀架縱向驅動采用步進 電機。 ③考慮到每個FX1N有2個脈沖輸出口，系統(tǒng)總的控制點數不到100，從經濟角度出發(fā)，決定采用雙PLC結構，即一個FX1N-60MT和一個FX1N-40MT構成雙PLC控制系統(tǒng)，這樣既能滿足系統(tǒng)需要，控制點也留有一定余量，也便于系統(tǒng)以后的擴展。 ④用FX0N-3A模塊輸出模擬電壓信號控制主軸伺服電機的最大輸出轉矩；同時用此模塊讀取電機實際輸出轉矩，供PLC處理。主軸電機工作在位置模式，由PLC輸出脈沖頻率控制轉速，脈沖數量控制旋轉圈數。 其他平臺電機、拖板電機和旋轉電機均工作在位置模式。 觸摸屏用來輸入各種位置參數和設定轉矩等。 ⑤FX1N-60MT和FX1N-40MT通訊介紹： 使用RS485通訊模塊來連接兩個FX1N。RS485BD具有并行連接功能，可以在二臺FX1N系列PLC一對一基礎上自動完成100個輔助繼電器和10個數據寄存器的數據交換。 ⑥考慮到用戶要求能保存15組參數，能根據不同彈種調出相應參數加工。每組參數有大約80個，即需要1200個16位數據寄存器，而FX1N普通掉電保持數據寄存器只有871個。經過初期的編程調試，認為主PLC的容量不會超過4K，那么，還有大約4K的文件寄存器閑置， 可以用作數據保持寄存器。不需要再增加PLC存儲卡或者利用觸摸屏的存儲器。最后決定，把從D1000~D3000的文件寄存器空間作為保存參數專用，每組100個，留出20個余量，以備擴展，這樣可以存儲20組參數。滿足用戶要求，還留有擴展余地。據此，選用普通的F940GOT觸摸屏作為人機界面。 4．控制實現 拆彈基本上是一個順序執(zhí)行過程。在執(zhí)行過程中可能隨時暫停，處理意外情況，然后繼續(xù)執(zhí)行。根據所選擇的不同彈種，需要執(zhí)行不同的程序段。根據上述考慮，整個程序編寫分為幾大部分：第一部分，參數初始化，利用初始化脈沖M8002初始化相應的數據寄存器D和中間繼電器M；第二部分，各軸找零，即尋找參考點；第三部分，觸摸屏加工參數設置和參數存儲處理；第四部分，全程定位指令DDRVA和DDRVI；第五部分，步進階梯(SFC)程序段，針對用戶選擇的不同彈種，執(zhí)行不同的工作流程（見圖二），用SFC編程的特點就是步驟清晰，方便修改，針對不同的設定條件，進入不同的程序段，大大簡化調試的工作量。第六部分，輸出和報警處理。 此程序的特點，一是分支較多，多達十五種彈型，工藝過程順控性強，針對這一特點，工藝流程部分采用了SFC編程，步驟清晰，條理清楚，大大方便了以后的調試工作；二是數據較多，共十五組，一千五百個數據寄存器，為方便尋址和簡化程序，利用偏址寄存器Z0~Z4,采用偏址尋址方式。 以60MT為主PLC，觸摸屏輸入的有關M1、M2電機坐標位置、速度、轉矩的參數分組存儲在60MT D1000-D3000數據存儲器內，有關M2、M3電機坐標位置、速度的參數，通過485通訊口傳送到從PLC，分組存儲在40MT D1000-D3000數據存儲器內。 5．結論 樣機完成后，防化研究院第五研究所組織了模擬彈和實彈拆卸。彈種包括催淚彈、煙霧彈、染色彈、槍榴彈、火箭彈等多種彈型，拆卸完成后，還進行了爆炸破壞性實驗。一系列實驗證明，該控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作方便，能手動、自動無擾切換，在爆炸試驗后仍然能正常工作，設計達到了項目要求。隨后，防化研究院第五研究所組織了組織了專家鑒定會，認為達到了彈藥解體和人員安全的要求，技術先進，自動化程度高，居于國內領先水平。