控制組概念設(shè)計(jì)文檔

手機(jī)自動功檢系統(tǒng)控制系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)文檔文件編號:

版本號:擬制人：郭啟軍日期:2011.06.08日期:日期:審核人:批準(zhǔn)人:日期:日期:湖北眾友科技實(shí)業(yè)股份有限公司

請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel文，件修訂記錄NO版次變更修訂日期修訂頁次修訂內(nèi)容摘要登錄者湖北眾友科技實(shí)業(yè)股份有限公司請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級PleaseenterconfidentialitylevelTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、完成什么任務(wù)、執(zhí)行什么動作，怎么去執(zhí)行？ 1二、在整個(gè)系統(tǒng)中的定位、組成內(nèi)容劃分 1\o"CurrentDocument"三、控制系統(tǒng)的指標(biāo)性要求 2四、模塊功能定義 5\o"CurrentDocument"1、軟件接口 5\o"CurrentDocument"2、控制模塊 5\o"CurrentDocument"3、硬件接口 5\o"CurrentDocument"4、執(zhí)行器 5\o"CurrentDocument"5、其它傳感器 6\o"CurrentDocument"6、控制柜 6\o"CurrentDocument"7、電氣 6五、實(shí)現(xiàn)方案 6可選方案 6\o"CurrentDocument"1、用“PC+單片機(jī)系統(tǒng)”來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。 62、采用“PC+專業(yè)運(yùn)動控制PLC”來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。 8\o"CurrentDocument"3、采用專用數(shù)控系統(tǒng)作為上位控制。 9\o"CurrentDocument"4、采用“PC+運(yùn)動控制卡”作為上位控制。 9\o"CurrentDocument"方案選擇 11\o"CurrentDocument"1、多“閉環(huán)控制”相結(jié)合的控制形式實(shí)現(xiàn) 11\o"CurrentDocument"2、選擇“工控機(jī)+運(yùn)動控制卡”的方式進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)： 11六、預(yù)測后續(xù)工作 12\o"CurrentDocument"程序設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"電氣設(shè)計(jì) 12初步的BOM清單 12負(fù)責(zé)人：郭啟軍成員：郭啟軍、雷俐殊、劉亞平、胡芬、閆東軟件層音頻模塊圖像模塊控制模塊硬件層電氣控制柜軟件層音頻模塊圖像模塊控制模塊硬件層電氣控制柜請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel一、完成什么任務(wù)、執(zhí)行什么動作，怎么去執(zhí)行?接收來自各傳感系統(tǒng)的輸出信息（邏輯值或數(shù)據(jù)），根據(jù)檢測項(xiàng)目的規(guī)劃，通過對執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確、快速、穩(wěn)定的控制來完成對手機(jī)的各種操作。二、在整個(gè)系統(tǒng)中的定位、組成內(nèi)容劃分系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)匚、 J 軟件接口軟件接口圖一：系統(tǒng)示意圖圖中藍(lán)色標(biāo)識出的內(nèi)容為控制系統(tǒng)的所涉及到的軟硬件內(nèi)容。

請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel三、控制系統(tǒng)的指標(biāo)性要求指標(biāo)1:重復(fù)定位精度：0.1*0.1*0.1mm參考數(shù)據(jù):指標(biāo)2：單軸有效行程：最大100mm，最小0.1mm指標(biāo)3：單軸移動速度：400mm/s參考數(shù)據(jù):①、傳動裝置

請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel②、氣動手指給油型隹用一彈齒壓回■10-70TC（但未流巖）50'5Wninr's八霜黑M5x0,3〔面拔安裝室j標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格打役(mm)隹甲流體動作方式駐高使用壓力MPa次限住用壓力MPa給油型隹用一彈齒壓回■10-70TC（但未流巖）50'5Wninr's八霜黑M5x0,3〔面拔安裝室j標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格打役(mm)隹甲流體動作方式駐高使用壓力MPa次限住用壓力MPa環(huán)境書流體溫度使用活富速反行程法差mm稹曾」役埋入困面根紫靛星型號表示方法③、手機(jī)相應(yīng)時(shí)間設(shè)定為：0.1S原因：人眼能分辨的變化間隔不能小于0.042S④、計(jì)算：取氣缸下行速度400mm/s，行程10mm，則下行時(shí)間0.025S，上行時(shí)間0.025S，執(zhí)行一個(gè)按壓操作后改變按壓位置需要移動距離為L=20mm則單軸向速度為：L/(0.1-0.025-0.025)=L/0.05=400mm/s

請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級PleaseenterconfidentialitylevelL：行程"詞…（運(yùn)轉(zhuǎn)條件！V：速度［mmfe］...［運(yùn)轉(zhuǎn)L：行程"詞…（運(yùn)轉(zhuǎn)條件！V：速度［mmfe］...［運(yùn)轉(zhuǎn)條件）a1:加速度［mW列…（運(yùn)轉(zhuǎn)條件）醛：減速度［mm/sz］...（運(yùn)轉(zhuǎn)條件）T1;加速時(shí)間［s］到達(dá)設(shè)定速度為止的時(shí)間T2：勻速時(shí)間［S］以一定速度運(yùn)行的時(shí)間T3；減速時(shí)間［5］從勻速運(yùn)轉(zhuǎn)到停止的時(shí)叵T4；穩(wěn)定時(shí)間［s］到完成定位的時(shí)間最大合成速度：560mm/s指標(biāo)5、系統(tǒng)采樣頻率：動作觸發(fā)式（10Hz）指標(biāo)6、響應(yīng)時(shí)間：50?100毫秒指標(biāo)7、控制電壓：5?24VDC其它指標(biāo)：控制方式：閉環(huán)系統(tǒng)、程序步進(jìn)控制超調(diào)量：無穩(wěn)定性：系統(tǒng)具有開環(huán)穩(wěn)定性請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel四、模塊功能定義1、軟件接口作用：承擔(dān)同其它軟件系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的工作。信息種類和作用：①、來自集成層的控制命令和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制信號序列），指明控制系統(tǒng)需要執(zhí)行的動作類型、目標(biāo)點(diǎn)。②、發(fā)送給集成層的控制命令和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制信號序列），指明控制系統(tǒng)的控制結(jié)果和進(jìn)程狀態(tài)。2、控制模塊作用：根據(jù)從軟件接口和硬件接口傳輸來的外部指令和狀態(tài)信息，采用特定控制算法生成對外部硬件設(shè)備的控制命令；獲取從硬件接口傳輸來的信息，處理成集成層需要的信息后，進(jìn)行發(fā)送。3、硬件接口作用：完成同外部硬件設(shè)備的信息交互工作信息種類：①、輸出控制外部設(shè)備運(yùn)行的控制信息（脈沖序列、開關(guān)量信號）②、接受外部傳感器產(chǎn)生的控制軟件流程的部分條件信息（開關(guān)量、數(shù)字量信號）4、執(zhí)行器作用：驅(qū)動外部機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成對手機(jī)的各種操作（按壓、滑動、組合動作）設(shè)備種類：請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel①、電機(jī)設(shè)備（步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)或伺服電機(jī)及其需要的驅(qū)動設(shè)備）②、開關(guān)量設(shè)備（氣缸及電磁閥、電磁鐵等直線往復(fù)裝置）5、其它傳感器作用：對執(zhí)行器動作結(jié)果進(jìn)行信息傳感種類：除圖像、音頻、振動信息以外的其它外部信息（開關(guān)量、數(shù)字量信號）6、控制柜作用：提供控制系統(tǒng)硬件的安裝柜體。功能：通風(fēng)、散熱功能，顯示功能，操作面板，電磁屏蔽功能，放靜電功能、防信號串?dāng)_布線功能。7、電氣外部的電氣布、接線。五、實(shí)現(xiàn)方案可選方案1、用“PC+單片機(jī)系統(tǒng)”來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、外圍擴(kuò)展芯片以及通過搭建外圍電路組成。在“位置控制”方式時(shí)，通過單片機(jī)的I/O口發(fā)數(shù)字脈沖信號來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)行走；“速度控制”方式時(shí)，需加D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出模擬量信號達(dá)到控制。此方案優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，但由于一般單片機(jī)I/O口產(chǎn)生脈沖頻率不高，對于分辨率高的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，存在速度達(dá)不到，控制精度受限等缺點(diǎn)。本設(shè)備會涉及到的多軸聯(lián)動、直線、圓弧插補(bǔ)等功能實(shí)現(xiàn)起來都需要自己編寫算法，這必將帶來開發(fā)起來難

請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel度較大，研發(fā)周期較長，調(diào)試過程煩瑣，系統(tǒng)一旦定型不太容易擴(kuò)充功能、升級、柔性不強(qiáng)。PC-PCI—板卡控制方案在本設(shè)備中采用單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)動控制的話，仍需要從串口（或并口）接受在本設(shè)備中采用單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)動控制的話，仍需要從串口（或并口）接受上位機(jī)的控制信號來驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動；本功能完全可通過種類繁多、安全可靠、價(jià)格低廉的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器來完成。步進(jìn)電機(jī)匚UIM241XX步進(jìn)電機(jī)匚UIM241XX控制驅(qū)動器請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel2、采用“十€^+專業(yè)運(yùn)動控制PLC”來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制。PC-串口一PLC控制方案身就具有運(yùn)動控制功能（如松下NAIS的FP0,FPW系列），包括脈沖輸出功能，模擬量輸出等等。使用這種PLC來做運(yùn)動控制系統(tǒng)的上位控制時(shí)，可以同時(shí)利用PLC的I/O口功能，可謂一舉兩得。PLC通常都采用梯形圖編程，對開發(fā)人員來說簡單易學(xué)，省時(shí)省力。還有一點(diǎn)不可忽視，就是它可以與HMI（人機(jī)界面）進(jìn)行通訊，在線修改運(yùn)動參數(shù)，如軸號，速度，位移等。這樣整個(gè)控制系統(tǒng)中從輸入到控制再到顯示，非常便利。一方面將界面友好化，另一方面將控制系統(tǒng)的成本從整體上節(jié)省了。但具有脈沖輸出功能的PLC大多都是晶體管輸出類型的，這種輸出類型的輸出口驅(qū)動電流不大，一般只有0.1?0.2A。在工業(yè)生產(chǎn)中，作為PLC驅(qū)動的負(fù)載來說，很多繼電器開關(guān)的容量都要比這大，需要添加中間放大電路或轉(zhuǎn)換模塊。與此同時(shí)，由于PLC的工作方式（循環(huán)掃描）決定了它作為上位控制時(shí)的實(shí)時(shí)性能不是很高，要受PLC每步掃描時(shí)間的限制。而且控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜軌跡的動作就不太容易實(shí)現(xiàn)，雖說有的PLC已經(jīng)有請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，但由于其本身的脈沖輸出頻率也是有限的（一般為10K?100K）,對于諸如伺服電機(jī)高速高精度多軸聯(lián)動，高速插補(bǔ)等動作，它實(shí)現(xiàn)起來仍然較為困難。這種方案主要適用于運(yùn)動過程比較簡單、運(yùn)動軌跡固定的設(shè)備。3、采用專用數(shù)控系統(tǒng)作為上位控制。專用的數(shù)控系統(tǒng)一般都是針對專用設(shè)備或?qū)Ｓ眯袠I(yè)而設(shè)計(jì)開發(fā)生產(chǎn)的，它集成了計(jì)算機(jī)的核心部件，輸入、輸出外圍設(shè)備以及為專門應(yīng)用而開發(fā)的軟件。其功能豐富，性能穩(wěn)定可靠。但為之付出的代價(jià)就是高成本。適用于控制要求較高且產(chǎn)品檔次較高的數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠家和使用者。4、采用“PC+運(yùn)動控制卡”作為上位控制。PC-PCI—板卡控制方案流程控制I伺服電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動控制功能圖像、音頻、振動等傳感器A啟動器、電磁閥等開關(guān)量設(shè)備數(shù)字量模擬量采集A'開關(guān)、指示燈等開關(guān)量設(shè)備界面控制流程控制I伺服電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動控制功能圖像、音頻、振動等傳感器A啟動器、電磁閥等開關(guān)量設(shè)備數(shù)字量模擬量采集A'開關(guān)、指示燈等開關(guān)量設(shè)備界面控制多軸運(yùn)動控制卡LabVIEW工業(yè)控制計(jì)算機(jī)平臺一多槽PCI總線系統(tǒng)手機(jī)對象隨著PC的發(fā)展和普及，采用PC+運(yùn)動控制卡作為上位控制是運(yùn)動控制系統(tǒng)的一個(gè)主要發(fā)展趨勢。這種方案可充分利用計(jì)算機(jī)資源，用于運(yùn)動過程、運(yùn)請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel動軌跡都比較復(fù)雜，且柔性比較強(qiáng)的機(jī)器和設(shè)備。從用戶使用的角度來看，基于PC機(jī)的運(yùn)動控制卡主要是功能上的差別：硬件接口（輸入/輸出信號的種類、性能）和軟件接口（運(yùn)動控制函數(shù)庫的功能函數(shù)）。按信號類型一般分為：數(shù)字卡和模擬卡。數(shù)字卡一般用于控制步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，模擬卡用于控制模擬式的伺服電機(jī)；數(shù)字卡可分為步進(jìn)卡和伺服卡，步進(jìn)卡的脈沖輸出頻率一般較低（幾百K左右的頻率），適用于控制步進(jìn)電機(jī)；伺服卡的脈沖輸出頻率較高（可達(dá)幾兆的頻率），能夠滿足對伺服電機(jī)的控制。目前隨著數(shù)字式伺服電機(jī)的發(fā)展和普及，數(shù)字卡逐漸成為運(yùn)動控制卡的主流。運(yùn)動控制卡是基于PC機(jī)各種總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的上位控制單元。由于計(jì)算機(jī)主板的更新?lián)Q代，ISA插槽都越來越少了，PCI總線的運(yùn)動控制卡是目前的主流?？ㄉ蠈Ｓ肅PU與PC機(jī)CPU構(gòu)成主從式雙CPU控制模式：PC機(jī)CPU可以專注于人機(jī)界面、實(shí)時(shí)監(jiān)控和發(fā)送指令等系統(tǒng)管理工作；卡上專用CPU來處理所有運(yùn)動控制的細(xì)節(jié)：升降速計(jì)算、行程控制、多軸插補(bǔ)等，無需占用PC機(jī)資源。隨卡提供的運(yùn)動控制軟件庫可以更快的解決復(fù)雜的運(yùn)動控制問題?？刂瓶ń邮苤鰿PU的指令，進(jìn)行運(yùn)動軌跡規(guī)劃，包括脈沖和方向信號的輸出、自動升降速處理、原點(diǎn)和限位開關(guān)等信號的檢測等。每塊運(yùn)動控制卡可控制多軸步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)；通過多卡共用，可實(shí)現(xiàn)更多運(yùn)動軸的控制；每個(gè)軸都可以輸出脈沖和方向信號，并可輸入原點(diǎn)、減速、限位等開關(guān)信號，以實(shí)現(xiàn)回原點(diǎn)、限位保護(hù)等功能。運(yùn)動控制卡的開放式結(jié)構(gòu)，強(qiáng)大而豐富的軟件功能特點(diǎn)，使得用戶進(jìn)行二次開發(fā)的設(shè)計(jì)周期縮短、開發(fā)手段多。從目前工業(yè)設(shè)備中應(yīng)用來看，使用專業(yè)運(yùn)動控制卡作為運(yùn)動控制系統(tǒng)的上位控制越來越普及。請輸入文檔名稱Eenternameofthedocument請輸入文檔編號Eenternumberofthedocument請輸入密級Pleaseenterconfidentialitylevel方案選擇1、多“閉環(huán)控制”相結(jié)合的控制形式實(shí)現(xiàn)不管是“工控機(jī)+運(yùn)動控制卡”還是“工控機(jī)+PLC”的方案，都可以看到:在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)都上是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。這個(gè)閉環(huán)環(huán)節(jié)需要使用到圖像、音頻系統(tǒng)的處理結(jié)果，控制器接收從集成層下發(fā)的指令進(jìn)行解算后執(zhí)行指令。在此層級上，運(yùn)動控制系統(tǒng)為一“執(zhí)行層”。在運(yùn)動控制系統(tǒng)接收來自集成層的信息并按照約定的指令協(xié)議解算出需要執(zhí)行的動作后，調(diào)用預(yù)先編制的對應(yīng)動作程序模塊執(zhí)行。此時(shí)對動作執(zhí)行的過程執(zhí)行不經(jīng)過系統(tǒng)集成層的閉環(huán)控制，確?？焖佟?zhǔn)確的完成指定動作。2、選擇“工控機(jī)+運(yùn)動控制卡”的方式進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)：運(yùn)動控制卡使用簡便，功能豐富，可靠性高。硬件電路實(shí)現(xiàn)，集成度高，可靠性比較好。它只需從微機(jī)接收控制命令，然后自己完成與運(yùn)動有關(guān)的控制，幾乎不占用微機(jī)的CPU時(shí)間，使用非常方便，不僅可以大大縮短研制和開發(fā)周期，而且還能實(shí)現(xiàn)更完善的運(yùn)動控制系統(tǒng)，能夠滿足對步進(jìn)電機(jī)的控制要求。從成本來看，控制卡成本低。若用PLC實(shí)現(xiàn)，綜合硬件成本會比運(yùn)動控制卡高。從程序編制工作來看，采用PLC實(shí)現(xiàn)的話，當(dāng)檢