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伺服与运动控制 |
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中达电通数控和伺服在点胶机上的应用 |
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作者：中达电通公司 鞠凤军 |
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摘要：本文主要介绍中达电通的数控系统PUTNC-H4-4和A系列伺服在手机塑壳生产线上的重要设备点胶机的成功应用。应用数控系统控制原理，根据中达电通数控产品特点对伺服调试及相关参数深入论述。
关键词：点胶机；数控系统；伺服
1 引言
手机做为时尚消费品飞速发展成市场热门需求。手机外形的美观程度及质量是消费者选择手
机的重要的因素。点胶机则作为美化手机塑壳生产的重要设备。要达到最大的产量，必须要考虑生产线的效率。因此提高点胶机的生产效率具有十分重要的意义。
2 点胶机数控系统分析
2.1 系统需求分析
数控系统控制的点胶机设备共有四个轴，使用四台伺服控制器和伺服电机，X轴一台、Y轴两台、Z轴一台；输入信号有急停按钮、手动自动转换按钮、手动点胶按钮、暂停按钮、回零按钮、左右限位输入信号及伺服报警信号等共计21个输入信号；控制流程是使用数控系统控制四个伺服控制器及伺服电机、四个点胶器的开关信号，自动运行时Y轴控制的两个平台交替工作，X轴和两个Y轴需要走直线插补或圆弧插补，Z轴需要走不同高度的点胶面，更换产品比较频繁，更换产品后需手动调整开胶点，然后在进行单步动作或自动运行；功能与特点：1.所有轴上均采用了滚珠丝杠和伺服电机，可以确保用户能够流畅、精准、正确地点胶；2.点胶准确、均匀；3.注胶量、点胶速度可任意调节；4.LED中文菜单显示；5.轻触式按键操作；6.控制简单、方便、直观。
2.2 客户方案分析
客户的原控制方案是：5.7寸液晶平＋轴卡控制器＋伺服控制器＋执行机构的控制方案，这种控制方案的不足之处有：1、系统的稳定性、抗干扰性等非常的差；2、系统的控制是完全开环的控制即控制板卡直接通过脉冲来控制伺服控制器；在用户流畅、精准、正确地点胶等方面存在不足；3、G代码功能、M代码功能等方面存在不足，不能直接执行CAD等图形编辑软件生成的代码程序，用户使用非常的不方便。
3 中达电通自动化伺服系统设计
3.1 方案设计
点胶机设备需要四个轴控制即X、Y(2个)、Z，但是X和Y(2个)要进行插补运行，而插补运行时在G代码的加工软件指令中只有X和Y、X和Z、Y和Z,要与CAD等图形编辑软件生成的G代码程序通用就不能使用2个Y轴；因此我们解决的方式是使用中达电通的四轴数控系统(PUTNC-H4-4)：X轴控制原来的X轴在横向运动；Y轴控制原来的Y1轴，同横向的X轴进行插补控制第一个点胶平台；Z轴控制原来的Y2轴，同横向的X轴进行插补控制第二个点胶平台；A轴控制原来的Z轴走不同高度的点胶面；这样就可以解决控制系统能直接执行CAD等图形编辑软件生成的代码程序；中达的数控系统本身具有24个输入点、16个输出点，设备的I/O点也够使用；中达的A系列伺服使用的控制理论是最先进的强健式的控制理论(PDFF),即使在伺服电机的负载惯量大范围的变化时，伺服系统仍然可以保持优异的性能，进行流畅、精准、正确地定位。通过客户的技术要求和原控制方案的不足我们选择了基于中达电通的数控系统的控制方案，系统由数控系统、伺服控制系统、执行机构组成控制方案，参见图1。
图1 点胶机自动化伺服框图
系统电气接线参见图2。电控柜图片参见图3。
图2 伺服系统接线图
图3 点胶机自动化伺服电控柜
3.2 数控系统
中达H4系列PUTNC-H4-4型数控系统是核心控制平台。中达H4系列PUTNC-H4-4型是5.7”单色LCD四轴Vcmd控制器，包括输入板AB208一块；输出板AB209一块。PUTNC-H4-4的主要功能与特点：
（1）开放式的系统架构，內含嵌入式可编程 PLC ，可应用各类产业机械和自动化设备。
（2）高清晰LCD液晶显示，用户可以自行规划画面内容，亦可RS232连接DELTA人机，界面更亲和。
（3）全功能CNC键盘，配合PLC开发，可自定义按键功能，操作更灵活。
（4）先进机型最大提供多至4轴的伺服轴接口, 响应速度可达1000Kpps，运动速度更快。
（5）解析度可设定至 7 位数，配合不同的检测装置可实现半闭环/闭环控制架构，控制精度更高。
（6）最大提供2组D/A输出、A/D输入。
（7）提供标准的24点输入和16点输出，如有需要可选配I/O扩展单元，可再扩充32点输入，32点输出。
（8）具有主仆模式功能和被动ENCODER反馈功能，轻松构建主从追随和同步裁剪功能。
（9）除支持标准G代码NC编程外，更提供变量表格编程和示教功能编程功能，编程更灵活。
（10）MACRO宏指令，可以进行数学、逻辑运算，NC编程功能更强大。
（11）程序存储容量 256K byte，NC程序组别高达1000组。
（12）提供RS232C标准接口，可连接个人电脑（PC）实现DNC 在线加工功能。
3.3 伺服控制系统
中达ASD-A0121LA型配置3套；ASD-A0221LA型配置1套。ASDA伺服原理采用的是先进强健式的控制理论(PDFF)，如图4所示。
图4 ASDA伺服原理
（1）PDFF强健式控制优点：
·在大范围负载惯量变化,系统依然保有优秀性能；
·对命令和干扰有不同的补偿控制；
·稳定性完全保证；
·阻尼刚性优良, 低速转动特性优良；
·超越量很小。
（2）PDFF强健式控制缺点：控制参数需由繁复数学计算而得, 使用者无法自行调整。对此，设计中可依阻尼刚性的大小, 利用驱动器内含十组强健控制器, 供使用者选用。
3.4数控系统I/O点的规划与连接
数控系统I/O点的规划与连接参见表1。表1 Ｉ／Ｏ点规划
 3.5 台达伺服系统调试
（1）手动调试。在整个系统的机械安装和电器的连接完毕后，首先利用上位系统或台达伺服所具有的手动控制方式，同时将所有伺服的参数P0-02设置成14，让机构的X轴和Y轴进行往复的运动，在伺服的显示屏上会显示伺服在此机构上面应用的转动惯量JL/JM，我们利用台达伺服的调试小软件GAIN.EXE，将伺服显示的转动惯量JL/JM和我们通过调试计算出来的响应频宽B.W输入的GAIN.EXE软件中，在点胶机中我们测试出伺服的转动惯量JL/JM、响应频宽B.W是80，计算出来我们需要的参数，把这些参数手动输入的伺服控制器中，点胶机即可正常运行。
（2）自动调试。这种调试比手动要简单了，首先也要像手动那样先将转动惯量JL/JM测试出来，把这个值输入到参数P1-37中，再把参数P2-31设置成64、P2-32设置成5，这样点胶机就可以正常运行了。
手动调整比自动调整要精确的多，可以通过多次的加工测试来测试出一组最适合整个机构的参数；但是手动调整的时间要比较长，花费的工期也比较多，同时在成批量生产的过程中，伺服参数的输入等也都非常的不方便；台达A系列伺服的高性能、整定时间短、在点胶机应用中的调频参数比较宽等等，所以我们在点胶机的正常应用中使用自动调整比较多一点。
（3）数控系统参数的说明。中达电通的数控系统在点胶机应用中需要更改的参数说明：
0093: 00000256：主仆式功能设定；256＝设定单节间不停顿模式；
0118: 00000100：X轴解析度分母设定（编码器一转脉冲数）；
0119: 00000120：X轴解析度分子设定（导螺杆的螺距）；
0120: 00000100：Y轴解析度分母设定（编码器一转脉冲数）；
0121: 00000120：Y轴解析度分子设定（导螺杆的螺距）；
0122: 00000100：Z轴解析度分母设定（编码器一转脉冲数）；
0123: 00000120：Z轴解析度分子设定（导螺杆的螺距）；
0124: 00000100：A轴解析度分母设定（编码器一转脉冲数）；
0125: 00000120：A轴解析度分子设定（导螺杆的螺距）；
0130: 00000001：X轴设定回机械原点的方向；0＝正向、1＝负向；
0131: 00000001：Y轴设定回机械原点的方向；0＝正向、1＝负向；
0132: 00000001：Z轴设定回机械原点的方向；0＝正向、1＝负向；
0133: 00000001：A轴设定回机械原点的方向；0＝正向、1＝负向；
0154: 00000001：X轴设定伺服电机的旋转方向；0＝正向、1＝负向；
0156: 00000001：X轴设定伺服电机的旋转方向；0＝正向、1＝负向。
（4）ASDA伺服参数的说明。ASDA伺服在点胶机应用中需要更改的参数说明，这里我们以X轴的参数为例。
P0-02:14：驱动器的状态的显示；用来显示机构的转动惯量
P1-01:2：控制模式及控制命令输入源的设定；
P1-37:11：伺服电机的负载惯量比；在自动模式下用来设定伺服电机的负载惯量比；
P1-44:12、P1-45:10：电子齿轮比的分子、分母；使伺服电机带动的滚珠丝杠等机构运动的距离与上位机要求的距离相同；
P2-00:125：位置控制增益；主要控制伺服位置环回路的应答性；
P2-04:5526：速度控制增益；主要控制伺服速度环回路的应答性；
P2-06:80：速度积分补偿；控制伺服电机、机构的固定偏差和整个机构的抖动；
P2-25:3：共振抑制低通滤波；用来设定共振抑制低通滤波的时间常数；
P2-26:14：外部干扰抵抗增益；用来增加对外力的抵抗能力并降低加减速的过冲现象；
P2-31:64：自动及简易模式设定；在自动模式时用来设定响应的频宽；
P2-32:5：增益调整方式；设定伺服的调整模式为PDFF自动模式即负载惯量比固定，伺服的响应频宽可调整。
4 结束语
点胶机是具有广泛应用前景的手机塑壳生产线、PCB板生产线、SMT混装生产线的重要设备。中达数控点胶机可以有效减少生产线的生产周期时间。对于生产效率和设备的稳定性的提高来说，伺服自动化也还要依靠科学的管理和优秀的操作配合以及良好的设备维护与保养来实现。随着市场竞争的日趋激烈，该项目将会在越来越多的企业应用中创造显著的经济效益。(end)
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(7/16/2007) |
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