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控制系統(tǒng)

DMC300A運動控制器在鎢絲繞線機系統(tǒng)中的應用

星之球激光 來源:深圳科瑞特自動化2011-10-25 我要評論(0 )   

摘要: 利用科瑞特自動化 DMC300A 運動控制器對步進電機控制的高效加速、高速運行、高精準的直線插補功能,實現(xiàn)了高速繞線機的控制需求;利用 DMC300A 控制器的寄存器器...

摘要:利用科瑞特自動化DMC300A運動控制器對步進電機控制的高效加速、高速運行、高精準的直線插補功能,實現(xiàn)了高速繞線機的控制需求;利用DMC300A控制器的寄存器器指令、運算指令,實現(xiàn)了繞線機對不同規(guī)格產(chǎn)品靈活更改參數(shù)的需求;利用DMC300A控制器開放的顯示指令,實現(xiàn)了設(shè)備運行時狀態(tài)信息的顯示需求。

  關(guān)鍵詞:DMC300A運動控制器 步進電機 繞線機 直線插補 科瑞特自動化;

  1. 引言

  二十一世紀以來,各類科學技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展;在我國國內(nèi),神五、神六已成功升空,但自動化設(shè)備的普及與技術(shù)更新卻遠遠落后于時代的發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,半自動化、手工勞作等需要大量人工的現(xiàn)象仍普遍存在。在本人所在的珠三角地區(qū)為例,雖然屬于國內(nèi)工業(yè)化、自動化最發(fā)達的地區(qū),但是幾乎所有的工業(yè)區(qū)仍是以大量的手工操作工為主要生產(chǎn)力的工廠構(gòu)成;在招工越來越難招、工人最低工資不斷提高的現(xiàn)實情況下,通過對原有生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)的技術(shù)升級,以提高設(shè)備的自動化水平、提高設(shè)備的生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品的合格率,已成為刻不容緩的企業(yè)生存的必然選擇。

  科瑞特自動化DMC系列運動控制器是專門針對涉及定長、定位、圖形曲線加工的生產(chǎn)、測試等自動化設(shè)備研發(fā)設(shè)計的專業(yè)型高端通用運動控制器,功能強大、使用簡單,可完全替代“PLC+文本顯示,并替代市場上已有的步進電機專用型非專業(yè)控制系統(tǒng)。

  經(jīng)對東莞某照明產(chǎn)品廠鎢絲高速繞線設(shè)備的控制實踐,無論生產(chǎn)效率、產(chǎn)品合格率、設(shè)備運行穩(wěn)定型各方面均取得了良好的效果,相比原有設(shè)備性能有了質(zhì)的飛越,現(xiàn)已批量使用,并極具推廣價值。

  2. DMC300A運動控制器簡介

  DMC300A控制器采用高性能“DSP+FPGA”主控,系統(tǒng)資源豐富、功能強大、使用簡單:

  l 32M存儲空間:支持768個程序、768個參數(shù)組,每個參數(shù)組包括4096個參數(shù),程序和參數(shù)組可任意對應,即理論上支持768×768個產(chǎn)品規(guī)格;

  l 完全的三軸數(shù)控系統(tǒng):支持任意兩軸直線、圓弧插補,每軸帶兩個硬件限位點;

  l IO接口充足:16個輸入、8個輸出,邏輯關(guān)系在程序中確定,功能可完全自定義;

  l 高速高性能:支持每軸200KHz脈沖頻率,標準的梯形加速曲線;

  l 人機交互便捷:內(nèi)嵌鍵盤模塊、128×64點陣液晶顯示,提供顯示指令,用戶可靈活控制顯示;

  l 高性能內(nèi)核模塊:系統(tǒng)提供一套完整的指令系統(tǒng),支持用戶進行便捷的二次編程,對于非標數(shù)控系統(tǒng),完全優(yōu)越于G#p#分頁標題#e#代碼編程;

  l 編程方便:可在PC機編程下載用戶程序,或在鍵盤上直接編程;

  3. 原設(shè)備控制系統(tǒng)分析

  該繞線機設(shè)備原配備了產(chǎn)自臺灣的控制系統(tǒng),主要針對照明產(chǎn)品的鎢絲高速繞線??刂葡到y(tǒng)構(gòu)成包括:專用數(shù)控控制器、交流電機、200線編碼器、86系列步進電機及驅(qū)動器各一套;

  控制原理:交流電機帶動繞線旋轉(zhuǎn),并將旋轉(zhuǎn)傳動至200線編碼器,編碼器脈沖信號接入控制器,通過預先設(shè)置的參數(shù),將編碼器脈沖數(shù)字過濾接入步進電機驅(qū)動器,完成步進電機對排線的控制。

  現(xiàn)實情況:該系統(tǒng)針對連續(xù)一致型鎢絲繞線需求,雖然效率較低,但基本可以滿足要求;但對當前越來越多的分段間隔繞線需求,繞線速率最大不超過500轉(zhuǎn)/分,并且繞制產(chǎn)品不良率過高,合格率僅有87%左右,極大地增加了后續(xù)加工的壓力,總體效率極低,致使該廠由于此問題,有定單也不敢接;提升設(shè)備性能迫在眉睫!

  技術(shù)分析:由于原系統(tǒng)控制構(gòu)架的天生缺陷,出現(xiàn)這種現(xiàn)象在所難免:問題主要出在排線電機(步進電機)速度太低;步進電機是一種剛性的執(zhí)行機構(gòu),驅(qū)動電路一般采用開環(huán)控制,因此步進電機只能以較低速啟動,并經(jīng)加速逐步達到較高的運行速度,否之,步進電機將出現(xiàn)丟步的現(xiàn)象,進而失去控制;

  原系統(tǒng)對排線步進電機的控制是通過被動地對接收到的編碼器脈沖進行數(shù)字濾波,該編碼脈沖在設(shè)備運行時由于繞線電機的勻速運轉(zhuǎn),脈沖頻率固定;因此對于連續(xù)一致型繞線,雖然啟動時繞制了不合格品,但由于交流電機亦由低速啟動,對于排線電機來講,自然得到了一個加速過程,雖加速不太理想,但畢竟能達到一個較高的速度,因此在此中情況下,系統(tǒng)勉強可行;但對分段間隔繞線,無論硬件或是軟件都很難通過對一固定頻率脈沖的數(shù)字濾波達到滿足步進電機運行特性的脈沖信號,并且還要滿足設(shè)定的間隔繞制參數(shù)。因此,要質(zhì)的提高優(yōu)化設(shè)備性能,必須優(yōu)化系統(tǒng)控制框架。

  4. 應用DMC300A的系統(tǒng)分析

  對于繞線系統(tǒng),尤其是間隔繞線需求,最優(yōu)的方案就是利用兩個步進電機進行直線插補,但這是以控制系統(tǒng)的高速高精度為前提的。

  對于DMC300A系統(tǒng),高速、高精度都不成問題。DMC300A系統(tǒng)在直線插補的情況下,可以控制步進電機在500毫秒左右的時間加速至3000轉(zhuǎn)/分鐘。

  去掉交流電機和編碼器,改為兩軸步進系統(tǒng),通過直線插補完成繞線過程。

  對于連續(xù)一致型繞線,只需設(shè)置一段直線插補;對于分段間隔繞線,有多少則設(shè)幾段直線插補;實際應用為一段緊密繞線(CAP,對繞制圈數(shù)、長度有要求),一段跳躍(GAP,要求繞制圈數(shù)越少越好,長度有要求);利用DMC300A的高精準直線插補性能,實現(xiàn)均勻排線。

  參數(shù)輸入接口設(shè)置為:操作者設(shè)置繞線速度(轉(zhuǎn)/分)、GAP速度(轉(zhuǎn)#p#分頁標題#e#/分)、CAP長度、CAP圈數(shù)、GAP長度、GAP圈數(shù);

  顯示功能:運行中顯示當前CAP長度、圈數(shù),GAP長度、圈數(shù);

  啟??刂疲?font face="Times New Roman">“Run”接地有效時運行程序,“IN0”接地有效時啟動加工、“Stop”接地有效時停止加工過程;

  報警檢測:“IN1”對斷線進行檢測判斷,如果發(fā)生斷線,系統(tǒng)停止工作;

  5. 電機控制功能的實現(xiàn)

  實際系統(tǒng)中,將繞線軸定義為X軸,排線軸定義為Y軸;排線軸步進電機驅(qū)動器采用32細分,即控制器發(fā)6400個脈沖,電機旋轉(zhuǎn)一周,排線30mm;繞線軸步進電機啟動驅(qū)動器采用8細分,即控制器發(fā)1600個脈沖,電機旋轉(zhuǎn)一周,即繞線一圈;

  繞線速度的設(shè)定:僅需在直線插補運動指令插入速度指令即可;但是需要在程序中將速度設(shè)定值轉(zhuǎn)換為脈沖頻率設(shè)置值:(速度為S0010 單位:轉(zhuǎn)/分鐘)

   MOVM M10, S10

   MUL M10, 1600

   DIV M10, 60

   經(jīng)過計算,M10中數(shù)值即為脈沖頻率值;

  同理,GAP速度的設(shè)定:

  MOVM M10, S11

   MUL M10, 1600

   DIV M10, 60

   經(jīng)過計算,M10中數(shù)值即為脈沖頻率值;

  直線插補時,兩個運動軸的運動距離由GAP/CAP段、兩個電機總的運動圈數(shù)、根據(jù)驅(qū)動器細分數(shù)計算決定;(GAP 段:GAP圈數(shù)S0012,GAP長度 S0001

   MOVM M20, S12

#p#分頁標題#e#   MUL M20, 1600

   MOVM M21, S1

   MUL M21, 6400

   DIV M21, 30

   經(jīng)過計算,指令“LINID 3, M20, M21”即可實現(xiàn)GAP段運動;

  同理,CAP段: CAP圈數(shù)S0013,CAP長度 S0002 計算如下:

  MOVM M22, S13

   MUL M22, 1600

   MOVM M23, S2

   MUL M23, 6400

   DIV M23, 30

   經(jīng)過計算,指令“LINID 3, M22, M23”即可實現(xiàn)CAP段運動;

  6. 參數(shù)設(shè)置的實現(xiàn)

  產(chǎn)品規(guī)格相關(guān)的參數(shù)為:繞線速度、GAP速度、CAP圈數(shù)、CAP距離、GAP圈數(shù)、GAP距離,共6個參數(shù)。DMC300A最多支持768×4個參數(shù)可以以可視參數(shù)的方式進行設(shè)置。即DMC300A控制器待機狀態(tài)下,按參數(shù)鍵出現(xiàn)如下圖所示界面(翻頁顯示另一個):

  

  左邊文字為由Windows系統(tǒng)自帶的畫圖工具繪制的圖片,下載至控制器;右邊為四個S寄存器數(shù)值輸入?yún)^(qū),分別對應的S寄存器序號可以在圖片下載時指定。

  圖片一四個S寄存器分別指定為:S0010、S0011、S0012、S0001;

  圖片二四個S寄存器分別指定為:S0013、S0002S0004、S0004#p#分頁標題#e#

 ?。ㄏ螺d圖片時對S寄存器序號指定的方法請參考《DMC控制器說明書》)。

  7. 狀態(tài)信息顯示的實現(xiàn)

  應用DMC300A控制器實現(xiàn)設(shè)備運行時顯示信息較為簡單:將所要顯示的文字、圖片信息繪制為128×64點陣大小的圖片,下載至控制器,在控制器編程時使用顯示指令,在適當?shù)牡胤讲迦爰纯伞?/font>

  在本設(shè)備應用時,預先繪制如下圖片:

  

  將這兩個畫面分別下載至控制器狀態(tài)畫面1、2

  DISPLAY 0,0,0

   DISPLAY 6,S13,4

  DISPLAY 6,S2,5

   DISPLAY 6,S12,6

   DISPLAY 6,S1,7

  實現(xiàn)了對畫面一及對應的數(shù)值的顯示,顯示結(jié)果如右圖;

  DISPLAY 0,1,0

   DISPLAY 6,S10,4

  DISPLAY 6,S11,5

   DISPLAY 6,M0,6

   DISPLAY 6,M1,7

  實現(xiàn)了對畫面二及對應的數(shù)值的顯示,顯示結(jié)果如右圖;

  將這兩組顯示指令作為顯示模塊在程序循環(huán)中更替顯示,

  即可實現(xiàn)設(shè)備運行時狀態(tài)信息的顯示功能。

  8. 效果及結(jié)論

  經(jīng)DMC300A運動控制器系統(tǒng)改造的鎢絲繞線機,經(jīng)實際工廠使用并測試,生產(chǎn)產(chǎn)品合格率在99.97%左右;整機效率較原系統(tǒng)提升3.4倍;24套系統(tǒng)3個月的使用時間內(nèi)(平均每天工作11.3小時#p#分頁標題#e#),故障率為0

  針對目前人工成本日逐提高、產(chǎn)品規(guī)格越來越多、產(chǎn)品參數(shù)要求越來越嚴格,及時提高設(shè)備的性能以提升公司的競爭力已成為眾多生產(chǎn)廠商的不二選擇,而為生產(chǎn)設(shè)備配備專業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)將是這所有的問題得以解決的最簡捷的方法。DMC系列專業(yè)控制器的出現(xiàn)專為解決此類問題。

  9. 參考文獻

  【1】 《CRT-DMC控制器說明書》:深圳市科瑞特自動化產(chǎn)品手冊

 

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