LabVIEW平台塑料自动铆接装置控制与检测系统设计
LabVIEW平台塑料自动铆接装置控制与检测系统设计[20200209112346]
摘 要:现代工业生产中存在很多半自动化的设备，塑料铆接装置就是一种半自动化设备，
为了进一步实现自动化，本课题基于 LabVIEW 软件开发平台设计一套以工业控制计算
机为核心，配置数据采集卡、位移、压力传感器等硬件高度集成的塑料自动铆接的控制
与检测系统，对不同产品工艺要求只需更换塑头、配置参数就可以实现塑料铆接生产过
程的自动化控制与检测。 *查看完整论文请+Q: 351916072
本文首先对基于虚拟仪器技术的塑料自动铆接装置控制与检测设计的背景、意义、
国内外研究现状及研究方法等进行了简要的介绍，并对基于虚拟仪器技术的数据采集思
想进行了概述。随后介绍了该控制系统的总体构成，并详细而又明确分析了系统可实现
的功能。本课题设计的系统的功能实现采用先进的虚拟仪器技术的思想，选择了开放式
的 LabVIEW 虚拟仪器软件开发平台，将 LabVIEW 技术应用到塑料自动铆接装置控制与
检测系统中，采用四大模块实现功能，四大模块分别为控制器的启用设置、自动铆接步
骤设置、测试过程提示与退出程序。系统硬件部分采用 NI PCI-6514 数据采集卡负责上
位机与控制器之间的通信，采用 NI PCI-6224 数据采集卡对数据进行采集记录和分析，
实现对相应信号的波形测量、显示和分析，从而实现自动铆接装置的控制与检测。最后
对整个设计进行总结，并在此基础上对将来的研究提出展望与设想。实际应用表明，所
设计塑料自动铆接装置控制与检测系统具有形象、直观、数据处理能力强、人机界面友
好等特点，具有一定的应用与推广意义。
关键字：塑料 自动铆接 LabVIEW 数据采集卡 控制与检测
目录
1.绪论1
1.1 课题背景. 1
1.2 国内外研究现状. 1
1.3 本文主要工作. 2 2.基于虚拟仪器技术的数据采集系统概述. 4
2.1 虚拟仪器技术简介. 4
2.2 LabVIEW 应用程序的组成与优点4
2.2.1 LabVIEW 应用程序的组成.5
2.2.2 LabVIEW 的优点.7
2.3 基于 LabVIEW 的数据采集系统. 7
2.3.1 采样定理 7
2.3.2 数据采集卡介绍 8 3.系统总体方案设计与硬件配置 13
3.1 系统性能分析. 13
3.2 系统总体构成. 13
3.3 硬件设备、电路的配置. 14
3.3.1 总体布局的设计 14
3.3.2 主要硬件—数据采集卡 17
4.系统软件设计与功能实现. 22
4.1 软件设计. 22
4.2 塑料自动铆接装置控制与检测系统前面板设计. 23
4.2.1 手动程序 24
4.3 调试结果与分析. 35
5.总结与展望.38
5.1 总结. 38
5.2 展望. 38
致谢.41
1.1 课题背景
在迅猛发展的现代化工业生产境况下，许多产品的生产实现了自动化或半自动化，
有些设备的开发促进了自动化生产，但是部分设备可能只是实现了半自动化，为了进一
步实现自动化，我们需要对半自动化的设备进行再设计。大家都熟悉的塑料，凭借其强
度高、耐腐蚀，重量轻巧、容易加工、成本低廉等众多优点，被广泛地应用于汽车、家
用电器、航空、航海、医疗、工业化工等各个方面。 很多结构复杂的塑料制品不能一次
性成型，需要由多个零部件连接到一起，故使用传统的塑料粘接、热合工艺二次加工，
这样做不仅效率低、而且热合工艺具有很大的局限性，其粘接剂还具有一定的毒性，带
来环境污染的同时还会产生劳动保护的问题。于是现在基本采用了一种新型的塑料加工
技术——塑料热铆接。
塑料热铆接技术是采用脉冲电流来实现热铆接，实现方式是由数字电路 CPU 控制热
铆接的动作和时间，使焊枪头在 0.5 秒内达到 200 摄氏度左右，均衡熔化塑料，再通过
气泵产生大约 4M Pa 的压力，将冷空气经过气管吹往加热工件，迫使加工件降至常温，
然后再通过延时、再加热和延时来实现热熔性塑料的定型和二次定型，最后经过脱离加
热来防止塑料和枪的粘合，从而完成塑料热铆接的全过程，实现了不同材料的机械组合。
从上面介绍的铆接技术可以看出，在铆接加热过程中热铆的枪头是会处于高温状态下的，
而且这种塑料热铆接只是实现了半自动，在铆接的过程中还是需要人力去控制铆枪，并
人为的开启热铆控制器，这样并不属于真正的工业自动化，为了实现自动化流水线生产，
我们设计了一套将工业控制计算机作为核心，配置数据采集卡、传感器和检测相机等硬
件，采用了先进的虚拟仪器技术——LabVIEW 软件开发平台自行开发数据采集、分析、
以及处理软件，通过高度集成的控制系统以及检测系统，可对不同型号的产品进行参数
配置、铆接与检测。
1.2 国内外研究现状
国内外的研究人员以及工程师们在电气与自动化检测系统设计及虚拟仪器技术应用
等方面进行了一些相关研究，部分研究成果如下
张慧妍等在《基于 LabVIEW 的控制理论研究》中介绍了在 LabVIEW 平台下建立基
于 LabVIEW 的自动控制理论实验平台，开展了设计性能、综合性能都比较强的系统实
验设计，通过设定仿真实验、真实模拟实验以及远程实验互相结合与补充，不单单提供
了丰富的计算机网络学习资源，而且注重实验设计的智能化与真实性的协调统一，实现
了实验设计的综合性、简易性以及灵活性[1]。
顾启民等在《基于LabVIEW的智能控制器自动测试系统的研制》中介绍的智能控制器
自动测试系统，是采用LabVIEW虚拟仪器平台这一技术解决实际问题的一种新尝试，测试
系统具有友好的人机界面、操作方便，有效克服了传统测试周期长、成本高、浪费资源、
维护和操作麻烦等缺点；在工业中的实际运用表明，系统的测量精度大大提高、抗干扰能
力和稳定性大大增强，测试时间也大大缩短[2]。
谢启等在《基于 LabVIEW 的电子线路板测试系统的实现》一文中，通过采用数据
采集卡以及计算机等硬件，并与在 LabVIEW 虚拟仪器平台上开发的软件构建了一套全
自动的电子线路板测试系统；从硬件和软件功能两个方面对测试系统的实现方法及功能
进行了详细的阐述；经过实际应用表明, 该系统具有测试精度高、抗干扰能力强、开发
成本低、检测效率高、操作简单等优点[3]。
徐敦林在《虚拟仪器在低压电器中的应用》一文中提到用 LabVIEW 编写测试程序
是在低压电器试验部门的成功尝试；此次开发的系统实现了手动系统到自动系统的升级，
非常具有推广价值；在开发的过程中节省了设计和制作电路板的时间与精力，维护方便；
LabVIEW 提供的基本功能模块使我们将精力主要集中于系统功能的开发，而不是基本
程序的编写上，并且系统可以由单位自主开发研究，很大程度上节约了开发成本；虚拟
仪器性能的改进、更新及功能扩展都非常的方便，使用虚拟仪器已经成为电器测试领域
发展的趋势，值得我们去开发和研究[4]。
1.3 本文主要工作
本课题所设计的控制与检测系统由工业计算机、数据采集卡、传感器以及工业相机
等硬件设备，与虚拟仪器技术——LabVIEW 软件开发平台相结合，实现对热铆控制器以
及各气动装置的控制与检测设计。
本文将分五章来逐一介绍虚拟仪器技术，硬件电路的构建，软件功能的实现。
第一章 绪论 概述了塑料自动铆接装置控制与检测系统设计的背景和意义，同时介
绍了国内外研究人员在虚拟仪器控制与检测方面的研究现状
摘 要:现代工业生产中存在很多半自动化的设备，塑料铆接装置就是一种半自动化设备，
为了进一步实现自动化，本课题基于 LabVIEW 软件开发平台设计一套以工业控制计算
机为核心，配置数据采集卡、位移、压力传感器等硬件高度集成的塑料自动铆接的控制
与检测系统，对不同产品工艺要求只需更换塑头、配置参数就可以实现塑料铆接生产过
程的自动化控制与检测。 *查看完整论文请+Q: 351916072
本文首先对基于虚拟仪器技术的塑料自动铆接装置控制与检测设计的背景、意义、
国内外研究现状及研究方法等进行了简要的介绍，并对基于虚拟仪器技术的数据采集思
想进行了概述。随后介绍了该控制系统的总体构成，并详细而又明确分析了系统可实现
的功能。本课题设计的系统的功能实现采用先进的虚拟仪器技术的思想，选择了开放式
的 LabVIEW 虚拟仪器软件开发平台，将 LabVIEW 技术应用到塑料自动铆接装置控制与
检测系统中，采用四大模块实现功能，四大模块分别为控制器的启用设置、自动铆接步
骤设置、测试过程提示与退出程序。系统硬件部分采用 NI PCI-6514 数据采集卡负责上
位机与控制器之间的通信，采用 NI PCI-6224 数据采集卡对数据进行采集记录和分析，
实现对相应信号的波形测量、显示和分析，从而实现自动铆接装置的控制与检测。最后
对整个设计进行总结，并在此基础上对将来的研究提出展望与设想。实际应用表明，所
设计塑料自动铆接装置控制与检测系统具有形象、直观、数据处理能力强、人机界面友
好等特点，具有一定的应用与推广意义。
关键字：塑料 自动铆接 LabVIEW 数据采集卡 控制与检测
目录
1.绪论1
1.1 课题背景. 1
1.2 国内外研究现状. 1
1.3 本文主要工作. 2 2.基于虚拟仪器技术的数据采集系统概述. 4
2.1 虚拟仪器技术简介. 4
2.2 LabVIEW 应用程序的组成与优点4
2.2.1 LabVIEW 应用程序的组成.5
2.2.2 LabVIEW 的优点.7
2.3 基于 LabVIEW 的数据采集系统. 7
2.3.1 采样定理 7
2.3.2 数据采集卡介绍 8 3.系统总体方案设计与硬件配置 13
3.1 系统性能分析. 13
3.2 系统总体构成. 13
3.3 硬件设备、电路的配置. 14
3.3.1 总体布局的设计 14
3.3.2 主要硬件—数据采集卡 17
4.系统软件设计与功能实现. 22
4.1 软件设计. 22
4.2 塑料自动铆接装置控制与检测系统前面板设计. 23
4.2.1 手动程序 24
4.3 调试结果与分析. 35
5.总结与展望.38
5.1 总结. 38
5.2 展望. 38
致谢.41
1.1 课题背景
在迅猛发展的现代化工业生产境况下，许多产品的生产实现了自动化或半自动化，
有些设备的开发促进了自动化生产，但是部分设备可能只是实现了半自动化，为了进一
步实现自动化，我们需要对半自动化的设备进行再设计。大家都熟悉的塑料，凭借其强
度高、耐腐蚀，重量轻巧、容易加工、成本低廉等众多优点，被广泛地应用于汽车、家
用电器、航空、航海、医疗、工业化工等各个方面。 很多结构复杂的塑料制品不能一次
性成型，需要由多个零部件连接到一起，故使用传统的塑料粘接、热合工艺二次加工，
这样做不仅效率低、而且热合工艺具有很大的局限性，其粘接剂还具有一定的毒性，带
来环境污染的同时还会产生劳动保护的问题。于是现在基本采用了一种新型的塑料加工
技术——塑料热铆接。
塑料热铆接技术是采用脉冲电流来实现热铆接，实现方式是由数字电路 CPU 控制热
铆接的动作和时间，使焊枪头在 0.5 秒内达到 200 摄氏度左右，均衡熔化塑料，再通过
气泵产生大约 4M Pa 的压力，将冷空气经过气管吹往加热工件，迫使加工件降至常温，
然后再通过延时、再加热和延时来实现热熔性塑料的定型和二次定型，最后经过脱离加
热来防止塑料和枪的粘合，从而完成塑料热铆接的全过程，实现了不同材料的机械组合。
从上面介绍的铆接技术可以看出，在铆接加热过程中热铆的枪头是会处于高温状态下的，
而且这种塑料热铆接只是实现了半自动，在铆接的过程中还是需要人力去控制铆枪，并
人为的开启热铆控制器，这样并不属于真正的工业自动化，为了实现自动化流水线生产，
我们设计了一套将工业控制计算机作为核心，配置数据采集卡、传感器和检测相机等硬
件，采用了先进的虚拟仪器技术——LabVIEW 软件开发平台自行开发数据采集、分析、
以及处理软件，通过高度集成的控制系统以及检测系统，可对不同型号的产品进行参数
配置、铆接与检测。
1.2 国内外研究现状
国内外的研究人员以及工程师们在电气与自动化检测系统设计及虚拟仪器技术应用
等方面进行了一些相关研究，部分研究成果如下
张慧妍等在《基于 LabVIEW 的控制理论研究》中介绍了在 LabVIEW 平台下建立基
于 LabVIEW 的自动控制理论实验平台，开展了设计性能、综合性能都比较强的系统实
验设计，通过设定仿真实验、真实模拟实验以及远程实验互相结合与补充，不单单提供
了丰富的计算机网络学习资源，而且注重实验设计的智能化与真实性的协调统一，实现
了实验设计的综合性、简易性以及灵活性[1]。
顾启民等在《基于LabVIEW的智能控制器自动测试系统的研制》中介绍的智能控制器
自动测试系统，是采用LabVIEW虚拟仪器平台这一技术解决实际问题的一种新尝试，测试
系统具有友好的人机界面、操作方便，有效克服了传统测试周期长、成本高、浪费资源、
维护和操作麻烦等缺点；在工业中的实际运用表明，系统的测量精度大大提高、抗干扰能
力和稳定性大大增强，测试时间也大大缩短[2]。
谢启等在《基于 LabVIEW 的电子线路板测试系统的实现》一文中，通过采用数据
采集卡以及计算机等硬件，并与在 LabVIEW 虚拟仪器平台上开发的软件构建了一套全
自动的电子线路板测试系统；从硬件和软件功能两个方面对测试系统的实现方法及功能
进行了详细的阐述；经过实际应用表明, 该系统具有测试精度高、抗干扰能力强、开发
成本低、检测效率高、操作简单等优点[3]。
徐敦林在《虚拟仪器在低压电器中的应用》一文中提到用 LabVIEW 编写测试程序
是在低压电器试验部门的成功尝试；此次开发的系统实现了手动系统到自动系统的升级，
非常具有推广价值；在开发的过程中节省了设计和制作电路板的时间与精力，维护方便；
LabVIEW 提供的基本功能模块使我们将精力主要集中于系统功能的开发，而不是基本
程序的编写上，并且系统可以由单位自主开发研究，很大程度上节约了开发成本；虚拟
仪器性能的改进、更新及功能扩展都非常的方便，使用虚拟仪器已经成为电器测试领域
发展的趋势，值得我们去开发和研究[4]。
1.3 本文主要工作
本课题所设计的控制与检测系统由工业计算机、数据采集卡、传感器以及工业相机
等硬件设备，与虚拟仪器技术——LabVIEW 软件开发平台相结合，实现对热铆控制器以
及各气动装置的控制与检测设计。
本文将分五章来逐一介绍虚拟仪器技术，硬件电路的构建，软件功能的实现。
第一章 绪论 概述了塑料自动铆接装置控制与检测系统设计的背景和意义，同时介
绍了国内外研究人员在虚拟仪器控制与检测方面的研究现状
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