2.3试验台控制系统设计
2.3.1下位机的设计
由于可靠性试验周期较长  ，对控制系统提出了很高的要求 。盘式刀库换刀系统可 靠性试验台主要进行的是可靠性试验  ，因此对电气控制系统可靠性以及程序的可靠性 的要求比盘式刀库产品本身的可靠性更高更严格 。由于盘式刀库换刀动作复杂  ，接近 传感器较多  ，本文考虑采用PLC或者单片机作为下位机 。单片机成本低、控制能力强 大  ，在工业领域应用尤为广泛  ，但由于其编程上手较为困难  ，需要一定的工程经验  ， 因此本文选用了编程语言相对简单、可靠性较高、扩展功能较强大的PLC作为下位机 控制单元对换刀系统进行控制  ，并在机械手故障信号超出阈值时进行预警和断电保护 。 PLC通过RS232串口与计算机相连  ，利用梯形图程序对其进行编程控制  ，使编程控制 直观、简洁、易于实现 。
2.3.2 PLC数据采集
试验台在进行试验时  ，不仅要实现连续运转  ，还要实时存储实验数据  ，便于后期 的可靠性建模和分析 。所记录的数据应包括各个刀位的换刀次数、总换刀次数、各个 刀位的换刀时间、总换刀时间等  ，因为数据种类较少、数据量有限  ，本文利用ACCESS 数据库进行记录和处理 。因建立PLC和ACCESS数据库需要第三方应用程序进行连接  ， 本文利用Visual Basic收集PLC中的数据  ，并经计算和处理后储存进ACCESS数据库中 。
2.3.3 PCI数据采集
为实现状态监测和故障预警功能  ，本研究将振动传感器与温度传感器加装至试验 系统中  ，传感器采集的状态数据和故障数据通过数模转换变为上位机可识别和储存的 数据 。PLC作为已有的盘式刀库可靠性试验台的中心控制单元  ，带有模拟量输入与模 拟量输出接口 。故障预警系统所监测的刀具在实验室条件下最少要求为12个  ，即使较 为高级的欧姆龙PLC(可编程控制器)CP1H也只有2个模拟量输出端、1个模拟量输入 端  ，即使再加配一个模拟量输入输出扩展模块  ，也只能达到4个模拟量输出和2个模 拟量输入[53]  ，远远无法满足故障预警系统的要求  ，因此  ，本文采用数据采集卡进行状 态数据采集和故障数据采集 。
数据采集卡可从其他待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量和电量信 号  ，常用的数据采集卡可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、ISA、RS485、RS232
的等各种总线接入工控机  ，接入方式灵活多变  ，无论在现场还是实验室状态下都可以 方便地加以应用 。本文所用的数据采集卡为某公司生产的PCI-1711型数据采集卡  ，该 产品是一款功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡  ，该采集卡支持即插即用  ， 用户不需要设置任何跳线和DIP拨码开关  ，所有与总线相关的配置都能自动完成  ，无 论是对于刚刚入门的初学者还是具有丰富工程经验的工程师都很易于上手 。该数据采 集卡有16路单端模拟量输入口、12位A/D转换器  ，采样速率可达lOOKHz、每个输入 通道的增益可编程且有16路数字量输入及16路数字量输出[54]  ，对于盘式刀库可靠性 试验台故障预警系统  ，该型号数据采集卡不但可以完全满足其采集数据时的要求  ，也 可以通过编程进行报警  ，保护刀库和整个可靠性试验台 。
2.4状态监测和故障预警方案设计
上位机、下位机、电气控制系统、数据采集方式都已确定  ，总体预警方案的设计如下图2.4所示 。VB界面应用程序通过上位机RS232接口与PLC通讯  ，实现对PLC 的控制  ，PLC输出信号至弱电电路  ，弱电通过继电器控制强电电路  ，实现对试验台的 动作控制 。在试验台运行时  ，刀库自带多个接近开关反馈信号至PLC  ，PLC通过与上 位机界面程序通讯  ，将采集到的换刀信号录入到后台程序库中 。与此同时  ，在试验台 上加装的振动传感器和温度传感器实时地监测刀库的运行状态  ，并将信号通过PCI接 口反馈至上位机 。应用程序实时地比较所采集的信号和预警阈值  ，一旦接近预警阈值  ， VB传送命令帧至PLC  ，报警机构动作  ，提醒操作人员对
2.5本章小结
本章首先对盘式刀库换刀系统可靠性试验台的结构、性能参数和换刀流程进行了 分析；其次  ，介绍了试验台预警系统所要实现的目标  ，然后以所要完成的目标为导引  ， 对所需的硬件设备和软件做了简要概述 。在此基础上  ，对预警系统的总体方案进行了 设计  ，选择PLC为下位机、选择数据采集卡PCI对振动信号和温度信号进行监测 。

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