一：引言
塑鋼門窗近幾年在國內方興未艾，傳統塑鋼門窗都是推拉窗，但推拉窗氣密性和開啟方式等方面存在一系列不便和缺陷，而隨著人們生活水平的提高，平開翻轉窗開始進入市場。平開翻轉窗和推拉窗的結構區別在于五金件上，目前國內平開翻轉窗五金件主要從國外進口。北新建材(集團)有限公司2001年在國家經貿委的支持下上馬全國第一條全自動門窗五金沖壓線，對于生產出來的五金件質量的壽命檢測是一個新的問題。
五金件質量的壽命檢測目前國內沒有標準，我們參考歐洲的標準主要有以下幾方面要求：
1：開啟壽命：要求不低于50000次，動作要求模擬人工開啟門窗，即先平開，執手在第一開關位置時（如圖1中位置），為起始位置。逆時針轉動90。　到平開位置，水平向外平開，窗扇開啟大約35。(以平開轉軸位置為軸心)，然后關閉窗扇，將執手順時針旋轉90。　到關閉位置；平開動作結束，執手回到第一開關位置時，再將執手逆時針轉動180。　到上懸位置，向外、向下拉平開上懸，窗扇開啟大約15。(以平開下轉軸位置為軸心)，然后關閉窗扇，將執手順時針旋轉180。　到關閉位置；此平開與上懸為一個動作周期，為一次平開上懸開啟。
2：開啟頻率：檢測頻率為5次/分
3：開關門窗力不大于100N，開啟執手力矩不大于1N.m;
據筆者在國內和歐洲五大五金件生產廠參觀的結果看，主要是用氣缸來實現以上動作，雖然基本可以實現動作，但如果窗型復雜，這種設備適用的靈活性和方便性極差，我們考慮用伺服電機和滾珠絲杠來實現以上動作并克服其弊端，設備已調試完畢，運行效果良好。
　　　　　　
二：系統設計
　
1． 系統結構

上面如1圖是我們要用來做實驗的窗體圖。
其中1為平開轉的方向
2為上懸轉的方向
3為執手，如圖執手在第一開關位置，即窗戶關閉的位置　
下面如2圖是設備的結構簡圖

2圖中1，2號為伺服電機，其中1號電機用于轉把手，2號電機用于推拉窗戶，2號電機的出軸用的是絲杠。1，2號電機的出軸分別加裝扭力和拉力傳感器，圖中3的長桿作用于窗善的執手處，
2．系統工作原理
我們用兩臺伺服電機，這里我們選用了三菱公司的MR-J2S-A型伺服電機，一臺用于開執手，一臺用于開窗扇，用三菱公司的FX2N型PLC控制整個系統的協調工作，系統的狀態由觸摸屏來顯示和調整，如工作頻率和次數的設定，實際工作次數、系統故障原因及拉力和扭力的顯示。拉執手的長桿在執手
接頭處有一類似于機器手的萬向接，便于換向。
現將系統的工作流程描述于下：
1） 在觸摸屏上設定工作頻率和次數和窗型大小。
2） 在操作臺上選定是要進行平開檢測還是要進行平開上懸開檢測（以下以平開上懸為例描述），啟動任務，系統開始運行。
3） 首先1號伺服將執手逆時針旋轉90º到平開位置，即將執手置于水平位置。
4） 2號伺服沿絲杠方向將窗扇通過執手往外平開，窗扇開啟大約35。(以平開轉軸位置為軸心，即1圖中的2處)。
5） 2號伺服沿絲杠方向將窗扇通過執手往里關上。
6） 1號伺服將執手順時針旋轉90º到關閉位置，即起點位置。以上完成一次平開檢測。
7） 1號伺服將執手逆時針旋轉180º到上懸位置，即和窗扇平行位置。
8） 2號伺服沿絲杠方向將窗扇通過執手往外平開，窗扇開啟大約15。(以平開下轉軸位置為軸心，即1圖中的1處)。
9） 2號伺服沿絲杠方向將窗扇通過執手往里關上。
10） 1號伺服將執手順時針旋轉180º到關閉位置，即起點位置。以上完成一次平開上懸檢測。
以上是實驗機的工作流程，由于窗型大小不一，窗扇開啟35º時，2號伺服
沿絲杠方向行走距離不一樣，所以每次實驗開始必須要在觸摸屏上選定窗型大小，另外有外平開和平開上懸窗戶的區別，它們的工作流程也不一樣，所以要在工作前選好，否則會損壞五金件。

三：硬件設計
根據系統工作原理和工藝要求，為了使系統具有廣泛的靈活性和適用性，電氣系統圖如圖3。

PLC共50點，其中30點輸入，20點輸出，為了節約成本，考慮到本系統的特性，我們用2塊單軸位控模塊來控制兩個伺服電機，觸摸屏和PLC間通過RS232串口通訊，由于工藝要求在開關窗戶時需要測量扭執手和拉窗扇的力，便于分析五金件損壞的原因，我們分別在兩個伺服電機的出口裝了拉力和扭力傳感器，傳感器的信號給稱重儀進行變送輸出，稱重儀可以設定拉力或扭力的上限值，通過開關點輸出給PLC，而工藝要求在觸摸屏實時顯示拉力和扭力值，我們用觸摸屏的RS485口和兩臺稱重儀RS485口實時通訊，方式是根據地址和它們分時進行。另配微打隨時打印拉力值和扭力值，微打和觸摸屏的LPT口直接相連。
由于伺服電機的特殊性，每工作一段時間我們需要找一次各電機的零點，保證每次工作循環在同一原點，所以用了兩個接近開關用作兩個伺服的原點檢測。
四：軟件設計
系統軟件分為PLC系統控制程序和觸摸屏與稱重儀及微型打印機的通訊程序。系統控制程序用梯型圖編制，主要完成系統的邏輯控制，使得系統各設備能協調工作.PLC控制程序分為手/自動程序，其中手動程序是將一個完整的自動過程分解成四步：平開打開，平開關閉，上懸打開，上懸關閉，其主要用于調整用。而自動程序分為自動平開和自動上懸。對于本程序來講控制伺服部份的程序是關鍵。通常情況下，伺服電機一般用于單一目的送料或單一軌跡的行走，但本程序中，每個程序周期中伺服的行走軌跡每一步都要變化，因此要實時的跟蹤伺服所處狀態，即伺服是處于運行還是到位狀態。本例中我們用了八個數據寄存器D0-D7，D0到D7中分別是伺服每步移動的距離值，程序流程圖見圖四。伺服控制器中有一個專門的緩沖區存取伺服馬達每轉一圈所需脈沖數，伺服馬達每轉一圈移動的距離，伺服馬達的最高速度和運行速度，伺服馬達目標移動距離等系統數據。程序運行的每個分步完成后，將D0—D7的值分別送到伺服的緩沖中去，同時D0—D7的值要在觸摸屏上能顯示和修改，因為對于不同的窗型D0—D7的值不同，同時在觸摸屏上也要求能修改伺服的運行速度和工作循環次數，這樣大大的提高了設備的工作效率和靈活性。
另外本系統中有兩臺稱重儀要和觸摸屏通訊，由于是采用RS485串口通訊，觸摸屏一個時刻只能和一臺稱重儀通訊，因此我們采用分時的方式分別和1＃，2＃稱重儀通訊，從而將拉力值和扭力值在觸摸屏上顯示。
本系統成功地克服了用氣缸進行的門窗實驗機的缺陷，具有很高的靈活性和廣泛的適應性，填補了高檔門窗實驗機的空白。