防化弹药解体装置控制系统

1．任务来源 为了满足全军防化危险品检测销毁站建设的需要，受总装备部通用 装备保障部委托，北京机床研究所和防化研究院第五研究所共同承担了开发FDJ01型防化弹药解体装置的任务。 2．特点 FDJ01型防化弹药解体装置针对防化弹药种类多、结构各异、有毒、 易燃易爆、解体难度大、方法不尽相同的特点。本装置采用了数控车床结构。在车床主轴和旋转刀架基础上，另外增加了一个机械手，用来完成弹体的自动传送、翻转等任务，自动化程度高，操作人员安全有保障，能满足对现役的各种防化弹药解体的需要。主要的工艺过程有：拆除引信、车削、推出药柱等。引信、药柱、弹壳和意外弹分开处理。 3．方案确定 ①主轴电机 针对不同的弹种，在拆除引信时主轴应提供不同的最大转矩，以防止发生引爆，当达到最大转矩仍未能拆除引信时，应作为不能拆除的意外弹处理；引信体螺纹圈数不尽相同，弹种不同时，主轴旋转圈数可能会不一样；拆除引信体时主轴转速不能太高；车削时主轴要有较高转速。因此，主轴应该具有转矩可设定、旋转圈数可控制、转速可控制等功能。考虑到性价比及机械结构等综合因素，决定采用伺服电机作为主轴电机。 ②其他平台驱动用伺服电机、机械手旋转和刀架纵向驱动采用步进 电机。 ③考虑到每个FX1N有2个脉冲输出口，系统总的控制点数不到100，从经济角度出发，决定采用双PLC结构，即一个FX1N-60MT和一个FX1N-40MT构成双PLC控制系统，这样既能满足系统需要，控制点也留有一定余量，也便于系统以后的扩展。 ④用FX0N-3A模块输出模拟电压信号控制主轴伺服电机的最大输出转矩；同时用此模块读取电机实际输出转矩，供PLC处理。主轴电机工作在位置模式，由PLC输出脉冲频率控制转速，脉冲数量控制旋转圈数。 其他平台电机、拖板电机和旋转电机均工作在位置模式。 触摸屏用来输入各种位置参数和设定转矩等。 ⑤FX1N-60MT和FX1N-40MT通讯介绍： 使用RS485通讯模块来连接两个FX1N。RS485BD具有并行连接功能，可以在二台FX1N系列PLC一对一基础上自动完成100个辅助继电器和10个数据寄存器的数据交换。 ⑥考虑到用户要求能保存15组参数，能根据不同弹种调出相应参数加工。每组参数有大约80个，即需要1200个16位数据寄存器，而FX1N普通掉电保持数据寄存器只有871个。经过初期的编程调试，认为主PLC的容量不会超过4K，那么，还有大约4K的文件寄存器闲置， 可以用作数据保持寄存器。不需要再增加PLC存储卡或者利用触摸屏的存储器。最后决定，把从D1000~D3000的文件寄存器空间作为保存参数专用，每组100个，留出20个余量，以备扩展，这样可以存储20组参数。满足用户要求，还留有扩展余地。据此，选用普通的F940GOT触摸屏作为人机界面。 4．控制实现 拆弹基本上是一个顺序执行过程。在执行过程中可能随时暂停，处理意外情况，然后继续执行。根据所选择的不同弹种，需要执行不同的程序段。根据上述考虑，整个程序编写分为几大部分：第一部分，参数初始化，利用初始化脉冲M8002初始化相应的数据寄存器D和中间继电器M；第二部分，各轴找零，即寻找参考点；第三部分，触摸屏加工参数设置和参数存储处理；第四部分，全程定位指令DDRVA和DDRVI；第五部分，步进阶梯(SFC)程序段，针对用户选择的不同弹种，执行不同的工作流程（见图二），用SFC编程的特点就是步骤清晰，方便修改，针对不同的设定条件，进入不同的程序段，大大简化调试的工作量。第六部分，输出和报警处理。 此程序的特点，一是分支较多，多达十五种弹型，工艺过程顺控性强，针对这一特点，工艺流程部分采用了SFC编程，步骤清晰，条理清楚，大大方便了以后的调试工作；二是数据较多，共十五组，一千五百个数据寄存器，为方便寻址和简化程序，利用偏址寄存器Z0~Z4,采用偏址寻址方式。 以60MT为主PLC，触摸屏输入的有关M1、M2电机坐标位置、速度、转矩的参数分组存储在60MT D1000-D3000数据存储器内，有关M2、M3电机坐标位置、速度的参数，通过485通讯口传送到从PLC，分组存储在40MT D1000-D3000数据存储器内。 5．结论 样机完成后，防化研究院第五研究所组织了模拟弹和实弹拆卸。弹种包括催泪弹、烟雾弹、染色弹、枪榴弹、火箭弹等多种弹型，拆卸完成后，还进行了爆炸破坏性实验。一系列实验证明，该控制系统性能稳定，操作方便，能手动、自动无扰切换，在爆炸试验后仍然能正常工作，设计达到了项目要求。随后，防化研究院第五研究所组织了组织了专家鉴定会，认为达到了弹药解体和人员安全的要求，技术先进，自动化程度高，居于国内领先水平。