PLC的自動點(diǎn)膠機(jī)的控制系統(tǒng)方案

...wd......wd......wd...基于PLC的自動點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)基于PLC的自動點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)摘要隨著信息產(chǎn)業(yè)的開展，電子封裝的要求越來越嚴(yán)格，對點(diǎn)膠機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的控制能力要求越來越高。目前我國電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)主要是沿海一些中小型企業(yè)，在經(jīng)濟(jì)省錢、操作簡單、控制準(zhǔn)確、更改方便的要求下，經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)有極大的開展。本文開發(fā)了一種基于PLC的自動點(diǎn)膠機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)，對于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本具有重要意義。本文的主要工作包括以下內(nèi)容：(1)通過詳細(xì)分析企業(yè)對自動點(diǎn)膠機(jī)的要求以及各種類型運(yùn)動控制系統(tǒng)的構(gòu)造和應(yīng)用特點(diǎn)，以及運(yùn)動控制技術(shù)當(dāng)前國內(nèi)外開展?fàn)顩r，探討了當(dāng)前各種運(yùn)動控制器的功能與優(yōu)缺點(diǎn)。(2)論證了采用PLC作為運(yùn)動控制系統(tǒng)核心的主要優(yōu)點(diǎn)，深入研究了松下FPX一C60TPLC的步進(jìn)電機(jī)控制功能，建設(shè)了采用PC機(jī)編寫運(yùn)動程序和以PLC控制步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)平面運(yùn)動控制系統(tǒng)。(3)在分析了運(yùn)動控制系統(tǒng)操作界面的功能要求的根基上，為使用戶操作方便、簡潔，設(shè)計了運(yùn)動控制系統(tǒng)操作界面.通過觸摸屏與PLC的通信，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)膠機(jī)的運(yùn)動控制。(4)根據(jù)逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理，進(jìn)展了基于PLC的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及橢圓插補(bǔ)運(yùn)動程序的開發(fā)。使運(yùn)動控制系統(tǒng)具有了平面點(diǎn)位運(yùn)動控制和軌跡運(yùn)動控制功能。在客觀上分析國內(nèi)外成型產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，并且考慮各種運(yùn)動控制方案的經(jīng)濟(jì)性和可操作性，進(jìn)而確定基于PLC的自動點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)。根據(jù)松下FP系列產(chǎn)品的編程習(xí)慣，并結(jié)合觸摸屏編制出了一套操作簡單的控制系統(tǒng)。經(jīng)過試驗(yàn)臺實(shí)驗(yàn)，所開發(fā)的基于PLC的點(diǎn)膠機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)能夠按照要求正常運(yùn)行，經(jīng)過進(jìn)一步完善，可以在實(shí)際中加以應(yīng)用。關(guān)鍵詞：自動點(diǎn)膠機(jī)；PLC；觸摸屏；插補(bǔ)；運(yùn)動控制ResearchandImplementationofMotionControlSystemofAutomaticadhesiveinjectingmachinebasedonPLCAbstractBecauseoftherapiddevelopmentofinformationindustry,requirementsofelectronicpackagingaremorestrictly.Atpresent,Chineseelectronicproductmanufacturingenterprisesaremainlysmallandmediumalongthecoast.Sotheeconomicnumericalcontrolsystemmustsavemoney,operatesimplyandchangeproceduresconveniently.ThispaperdevelopedaprogrambasedonPLCtoimproveproductionefficiencyandreduceproductioncost.Thispaper’smainworkincludesthefollowingcontent:(1)Thepaperanalysesthedispensingrequirementsoftheenterpriseandlearnthestructuresandapplicationsofvarioustypesofmotioncontrolsystem.Throughdissertatingthekindsofcontrolsystemsandthedevelopingstatusofcontroltechniquesinnativeandforeigncountries，Ifindouttheadvantagesanddisadvantagesofkindsofmotion(2)DemonstratetheadvantagesofusingPLCinthissystem,andMakedeeplystudyofthecontrolofsteppingmotordrivingtechniqueofFPX—C60T.EstablishthehardwareofnewtypeopenloopwhosemotioncontrolsystemisbasedonPLCandtheprogramiscompiledoncomputer.(3)Discusstherequestsofinterfacefunctions．Inordertoprogramconciselyandconveniently,designtheinterfaceofcontrolsystembasedontouchscreen.PLCcandistinguishdatafrominstructionsviatheinterface.(4)Developlinearinterpolationandarcinterpolationprogramsaccordingtopointtopointcompareinterpolationtheory,makethesystemhaspointtopointandtrackcontrolfunctions.Objectivelyanalysestheadvantagesanddisadvantagesofdomesticandforeignmoldingproducts。Takeintoaccountofallsortsoftheeconomyandmaneuverabilityofmotioncontrolscheme,thendeterminestheautomaticmachinecontrolsystembasedonPLC.AccordingtopanasonicFPseriesproductsandcombiningtouch-screen,drawsupasetofsimpleoperationcontrolsystem。Afterdoingexperimentsontestbed.Itprovethatmotioncontrolsystemofthedispensingmachinecanmeetstherequirements.Afterfurtherperfectingthenormaloperation,itcanbeappliedinpracticalproduction.Keywords:Automaticadhesiveinjectingmachine;PLC;touchscreen;interpolation;Motioncontrol目錄TOC\o"1-4"\h\z\u獨(dú)創(chuàng)性聲明I摘要IIAbstractIII第一章緒論11.1背景11.2控制系統(tǒng)的內(nèi)容31.3控制系統(tǒng)的分類41.3.1按位置控制原理分類41.3.2按被控量的性質(zhì)和運(yùn)動控制分類61.3.3按驅(qū)動方式不同分類61.4課題來源及研究目的71.4.1課題來源71.4.2論文的主要研究內(nèi)容7第二章點(diǎn)膠機(jī)的控制方案82.1點(diǎn)膠機(jī)簡介82.2點(diǎn)膠機(jī)的機(jī)械構(gòu)造82.3運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制要求分析102.3.1點(diǎn)位運(yùn)動102.3.2輪廓控制102.3.3系統(tǒng)操作界面要求112.4運(yùn)動控制系統(tǒng)控制方案方案確定112.5松下FP系列PLC132.5.1松下FPX特點(diǎn)132.5.2松下FP系列PLC的編程元件152.6小結(jié)16第三章點(diǎn)膠機(jī)的驅(qū)動方案173.1點(diǎn)膠機(jī)的傳動方式173.2執(zhí)行元件分析203.2.1步進(jìn)電機(jī)213.2.2交流伺服電機(jī)223.2.3電機(jī)的脈沖控制233.3點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)硬件25第四章點(diǎn)膠機(jī)運(yùn)動控制分析284.1點(diǎn)位控制284.2插補(bǔ)運(yùn)動控制294.2.1插補(bǔ)概念與插補(bǔ)方法的選擇294.2.2逐點(diǎn)比較法304.3插補(bǔ)編程分析314.3.1直線插補(bǔ)314.3.2圓弧插補(bǔ)364.3.3橢圓插補(bǔ)40第五章軟件編程和界面開發(fā)465.1PLC程序分析465.1.1點(diǎn)位控制465.1.2插補(bǔ)程序475.2操作界面設(shè)計495.2.1界面分析495.2.2觸摸屏編程505.3PLC和觸摸屏編程要注意的問題545.3.1運(yùn)算錯誤545.3.2語法錯誤565.3.3設(shè)置錯誤565.3.4方案錯誤56第六章結(jié)論與展望586.1結(jié)論586.2展望58參考文獻(xiàn)59致謝62第一章緒論1.1背景隨著科學(xué)技術(shù)的開展，人類社會已經(jīng)進(jìn)入了信息時代，集成電路產(chǎn)業(yè)是信息社會經(jīng)濟(jì)開展的基石，而集成電路相關(guān)制造裝備是信息產(chǎn)業(yè)開展的驅(qū)動力和重要組成局部。當(dāng)前，無論是個人電腦，信息產(chǎn)業(yè)還是汽車電子以及消費(fèi)類電子產(chǎn)業(yè)，還有軍事、航空、航天領(lǐng)域都對電子產(chǎn)品的電路封裝具有越來越高的要求，這就使得點(diǎn)膠機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛[1]。我國是電子產(chǎn)品的出口大國，電子制造業(yè)已成為我國東南沿海地區(qū)支柱產(chǎn)業(yè)之一，電子工業(yè)的輝煌成就，令國人振奮，使業(yè)界自豪。但是，在電子工業(yè)的開展過程中也存在著極不平衡的一面[6]。一方面，電子工業(yè)的開展如火如荼，在輕工業(yè)中占的比重越來越大，另一方面，電子工業(yè)中自動化程度很低，生產(chǎn)效率低下，工作條件惡劣。因此，雖然我國是電子制造業(yè)大國，生產(chǎn)規(guī)模龐大，但與興旺國家相比，電子產(chǎn)品的質(zhì)量水平和生產(chǎn)效率都很低，制造裝備的落后是一個最主要的原因。目前我國很多制造工序還是由工人手工完成的，工人勞動強(qiáng)度極大，并且環(huán)境污染也日益突出，嚴(yán)重影響了我國電子產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量[2]。在所有的制造工序中，涂膠工序不僅占用的工人最多、花費(fèi)的工時最長，工人的工作條件也是最惡劣的。同時它也是影響電子產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一?，F(xiàn)階段，大局部涂膠工作都是由工人手工完成的，無法保證涂膠的質(zhì)量，不合格的涂膠不僅破壞電子產(chǎn)品的品質(zhì)、美觀，還會造成脫膠，引起事故。為了提高電子產(chǎn)品涂膠的均勻性、一致性、快速性，以及在提高工藝水平的同時進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，應(yīng)該大力研究和推廣提高涂膠工序的自動化程度，于是自動點(diǎn)膠機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生并在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用[3]。點(diǎn)膠機(jī)〔又稱涂膠機(jī)〕是專門對流體進(jìn)展控制，并將液體點(diǎn)滴、涂覆、灌封于產(chǎn)品外表或產(chǎn)品內(nèi)部的自動化機(jī)器。點(diǎn)膠機(jī)主要用于產(chǎn)品工藝中的膠水、油漆以及其他液體準(zhǔn)確點(diǎn)、灌、注、涂、點(diǎn)滴到每個產(chǎn)品準(zhǔn)確位置，可以用來實(shí)現(xiàn)打點(diǎn)、畫線、圓型或弧型。點(diǎn)膠機(jī)是隨著汽車工業(yè)中密封工藝的改進(jìn)而產(chǎn)生和開展的。最初變速箱、發(fā)動機(jī)殼體等密封采用紙墊，隨著對密封性能要求的提高，密封工藝的改進(jìn)，在密封結(jié)合面上直接涂膠代替紙墊。在工業(yè)生產(chǎn)中，很多地方也都需要用到點(diǎn)膠，比方集成電路、印刷電路板、彩色液晶屏、電子元器件(如繼電器、揚(yáng)聲器)等等。傳統(tǒng)的點(diǎn)膠是靠工人手工操作的。隨著自動化技術(shù)的迅猛開展，手工點(diǎn)膠已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)上的要求[6-8]。自動點(diǎn)膠機(jī)是一種專為滿足各種密封要求而研制的自動涂膠設(shè)備，適用于點(diǎn)，直線，圓弧以及任意不規(guī)那么產(chǎn)品的點(diǎn)膠，涂膠，運(yùn)動參數(shù)下載方便，可直接輸入運(yùn)行參數(shù)進(jìn)展編程。自動點(diǎn)膠機(jī)的工作效率和工作精度取決于自身的運(yùn)動控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送脈沖，承受檢測構(gòu)造回饋的信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，控制機(jī)械局部做出適宜的動作，是點(diǎn)膠機(jī)的核心部件。自動點(diǎn)膠機(jī)的開展源于美國和歐洲，隨著日本電子行業(yè)對點(diǎn)膠機(jī)的大規(guī)模需求，于是出現(xiàn)代工美國點(diǎn)膠機(jī)的日本點(diǎn)膠機(jī)廠家。中國工業(yè)的開展，吸引大批日本企業(yè)、臺灣企業(yè)的進(jìn)駐，專業(yè)的點(diǎn)膠機(jī)廠家也涌入中國。目前中國點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品尚未成熟，自動化水平不高，還要大量依賴人力，企業(yè)要從國外進(jìn)口點(diǎn)膠機(jī)，為復(fù)雜軌跡的工件點(diǎn)膠。其原因在于國內(nèi)運(yùn)動控制技術(shù)落后于國外，尤其是對精細(xì)儀器或是高端產(chǎn)品的準(zhǔn)確點(diǎn)膠加工，其運(yùn)動控制技術(shù)的好壞關(guān)系到儀器是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。國外點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品性能優(yōu)越，能夠?qū)崿F(xiàn)各種空間軌跡的點(diǎn)膠，定位準(zhǔn)確點(diǎn)膠質(zhì)量高，但價格過于昂貴，動輒數(shù)十萬上百萬[9-13]。在國外，對準(zhǔn)確點(diǎn)膠的自動點(diǎn)膠設(shè)備在技術(shù)，硬件構(gòu)造和軟件功能等方面均處于領(lǐng)先地位。隨著機(jī)器人技術(shù)的開展，機(jī)器人技術(shù)在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，點(diǎn)膠機(jī)器人開場普及應(yīng)用。機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具用控制方便，執(zhí)行動作靈活，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間軌跡控制，特別適用于多品種，變批量的柔性化生產(chǎn)，因此各國先后研制出了點(diǎn)膠機(jī)器人。國外的機(jī)器人生產(chǎn)廠商各自推出了涂膠機(jī)器人，如日本莫托曼機(jī)器人、安川機(jī)器人、美國ABB機(jī)器人等。在國內(nèi)，一開場沒有準(zhǔn)確點(diǎn)膠的設(shè)備，其點(diǎn)膠位置確實(shí)定和出膠量多少都是通過人工手動操作，導(dǎo)致勞動強(qiáng)度大，點(diǎn)膠精度和質(zhì)量都很低。然后開展到利用通用點(diǎn)膠設(shè)備對產(chǎn)品進(jìn)展點(diǎn)膠，雖然擠出的膠量比手動均勻一致，但其點(diǎn)膠位置確定仍舊由人工手動控制，點(diǎn)膠的質(zhì)量依然難以保證。我國自動點(diǎn)膠機(jī)開展較晚，2002-2007年，中國民營的點(diǎn)膠機(jī)廠家開場興起。最初是代理+自主研發(fā)，或者是自動化行業(yè)廠家涉足點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)，逐漸開展為專門的點(diǎn)膠機(jī)廠家。如今通過引進(jìn)國外技術(shù)，也推出了一些自主品牌的自動點(diǎn)膠機(jī)，如世椿、奧松等，國內(nèi)點(diǎn)膠機(jī)相對廉價，在國內(nèi)市場上占有一席之地[3]。我國電子廠家眾多，多數(shù)為中小型企業(yè)，經(jīng)濟(jì)實(shí)力有限，市場上昂貴的點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品不能滿足企業(yè)的需求。本課題在人工點(diǎn)膠機(jī)的根基上，應(yīng)用運(yùn)動控制技術(shù)，研制出一種價格低廉，能實(shí)現(xiàn)直線、圓、橢圓等軌跡密封的點(diǎn)膠機(jī)。既能滿足企業(yè)點(diǎn)膠要求，又不增加企業(yè)負(fù)擔(dān)，能夠極大地提高我國電子產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，具有深遠(yuǎn)的意義。1.2控制系統(tǒng)的內(nèi)容工業(yè)控制自動化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題，雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。機(jī)械設(shè)備的自動化大幅度帶動了電子信息技術(shù)的開展，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，提高了我國微電子產(chǎn)業(yè)的開展。運(yùn)動控制(MotionControl)通常是指在復(fù)雜條件下，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動準(zhǔn)確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制。運(yùn)動控制的實(shí)質(zhì)是根據(jù)預(yù)定的方案，將上位控制系統(tǒng)做出的決策命令，變成某種期望的機(jī)械運(yùn)動，以得到確定的位置、速度、加速度或特定的運(yùn)動形式。運(yùn)動控制系統(tǒng)多種多樣，但從基本構(gòu)造上看，一個完整的運(yùn)動控制系統(tǒng)常由上位控制器、執(zhí)行電機(jī)、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)和位置檢測元件等組成。其構(gòu)造圖如圖1．1所示。上位控制器通常是運(yùn)動控制卡、具有運(yùn)動控制功能的PLC、數(shù)控系統(tǒng)(CNC)或單片機(jī)系統(tǒng)等。位置檢測位置檢測上位控制驅(qū)動器執(zhí)行電機(jī)機(jī)械構(gòu)造圖1．1運(yùn)動控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖Fig.1.1Thechartofmotioncontrolsystem其中的上位控制器是指以中央邏輯控制單元為核心，以傳感器為信號敏感元件，以電機(jī)或動力裝置和執(zhí)行單元為控制對象的一種控制裝置。它的主要任務(wù)是根據(jù)運(yùn)動控制的要求和傳感器件的信號進(jìn)展必要的邏輯、數(shù)學(xué)運(yùn)算，為電機(jī)或其它動力和執(zhí)行裝置提供正確的控制信號。電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)帶動機(jī)械構(gòu)造運(yùn)動，便可以得到預(yù)期的運(yùn)動參數(shù)和運(yùn)動形式[14-19]。1.3控制系統(tǒng)的分類1.3.1按位置控制原理分類運(yùn)動控制系統(tǒng)根據(jù)位置控制原理，即有無檢測反響傳感器及其檢測部件，可分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種基本的控制方案。(1)開環(huán)控制系統(tǒng)無位置檢測反響裝置，其執(zhí)行電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)。此類系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是控制方便，構(gòu)造簡單，價格廉價?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出的位移指令信號流是單向的，所以不存在穩(wěn)定性的問題。且由于機(jī)械傳動誤差不經(jīng)過反響校正，位置精度一般不高。如圖1．2所示。驅(qū)動器驅(qū)動器執(zhí)行元件工作臺指令脈沖圖1．2開環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖Fig1.2Thechartofopenloopcontrolsystem(2)半閉環(huán)控制系統(tǒng)位置反響采用轉(zhuǎn)角檢測元件，直接安裝在伺服電機(jī)或絲杠端部。由于具有位置反響比較控制，可以獲得較大的定位精度，大局部機(jī)械傳動環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。絲杠等機(jī)械傳動誤差不能通過反響校正，但可采用軟件定值補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉m當(dāng)提高其精度。如圖1．3所示。位置位置控制單元速度控制單元執(zhí)行元件工作臺速度檢測單元位置檢測單元脈沖指令圖1.3半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖Fig1.3Thechartofsemi-closeloopcontrolsystem(3)全閉環(huán)控制系統(tǒng)采用光柵等檢測元件對被控單元進(jìn)展位置檢測，可以消除從電機(jī)到被控單元之間整個機(jī)械傳動鏈中的傳動誤差，得到很高的靜態(tài)定位精度。但由于在整個控制環(huán)內(nèi)，許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙均為非線性，動態(tài)響應(yīng)時間又非常大，使得整個閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性校正很困難，系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)整也相當(dāng)復(fù)雜。如圖1．4所示。指令位置指令位置控制單元速度控制單元執(zhí)行元件工作臺速度檢測單元位置檢測單元脈沖圖1．4閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖Fig．1．4Thechartofcloseloopcontrolsystem1.3.2按被控量的性質(zhì)和運(yùn)動控制分類(1)位置控制它是指轉(zhuǎn)角位置或直線移動位置的控制。位置控制按數(shù)控原理分為點(diǎn)位控制(PTP)和連續(xù)軌跡控制(CP)。點(diǎn)位控制是點(diǎn)到點(diǎn)的定位控制，它既不控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡，也不在此過程中進(jìn)展加工或測量。如數(shù)控鉆床、沖床、鏜床、測量機(jī)和點(diǎn)焊工業(yè)機(jī)器人等。連續(xù)軌跡控制又分為直線控制和輪廓控制。直線控制是指被控對象以一定速度沿某個方向的直線運(yùn)動(單軸或多軸聯(lián)動)，在此過程中要進(jìn)展加工或測量，如數(shù)控鏜銑床、大多數(shù)加工中心和弧焊工業(yè)機(jī)器人等。輪廓控制是控制兩個或兩個以上坐標(biāo)軸移動的瞬時位置與速度，通過聯(lián)動形成一個平面或空間的輪廓曲線或曲面。如數(shù)控銑床、車床、凸輪磨床、激光切割機(jī)和二坐標(biāo)測量機(jī)等。(2)速度控制和加速度控制速度控制既可單獨(dú)使用，如輸送機(jī)、工作臺、主軸和卷繞機(jī)等這樣的機(jī)械速度控制；也可以與位置控制聯(lián)合成為雙回路控制，但主回路是位置控制，速度控制作為反響校正，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，如各種數(shù)控機(jī)械的雙回路伺服系統(tǒng)。(3)同步控制同步控制是兩軸或兩軸以上的速度或位置的同步運(yùn)動控制。如平行物料傳送帶、整列繞線機(jī)、大型印刷機(jī)的多軸平行傳動等，有的除了同步啟動、還要求位置同步，其同步精度要求較高。(4)力和力矩控制塑料薄膜、鋼帶、布和紙張等卷取機(jī)是恒張力控制，自動組裝機(jī)的擰緊螺母以及自動鉆孔等場合，應(yīng)采用力矩與位置同步控制[15]。1.3.3按驅(qū)動方式不同分類運(yùn)動控制系統(tǒng)按驅(qū)動方式不同可分為電氣控制、液壓控制和氣動控制，它們各有特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。由于計算機(jī)控制、電力電子器件、伺服電動機(jī)和位置檢測傳感器的迅速開展，電氣伺服從機(jī)械主傳動的電力拖動擴(kuò)展到機(jī)械的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，就是由伺服電動機(jī)驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)電伺服系統(tǒng)，它廣泛應(yīng)用于各種運(yùn)動控制設(shè)備。1.4課題來源及研究目的1.4.1課題來源本課題來源于企業(yè)協(xié)作工程，研究采用運(yùn)動控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子工業(yè)中自動涂膠作業(yè)，解決涂膠工藝中均勻性、一致性和快速性的問題，可以極大的提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，增加企業(yè)利潤。同時可以降低工人工作強(qiáng)度，改善工人工作條件，降低勞動力成本。目前公司使用手動點(diǎn)膠機(jī)在電子產(chǎn)品上點(diǎn)膠，該工藝方法簡單，成本低廉，但是浪費(fèi)勞動力，速度慢，而且精度差。市場上出售的自動點(diǎn)膠機(jī)通過控制系統(tǒng)來控制膠槍運(yùn)動的軌跡，以到達(dá)對不同噴涂對象的噴涂，這減少了因工人技能熟練程度不同造成的精度參差不齊，提高了生產(chǎn)率，但是其價格昂貴且不適合本企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際。本課題針對企業(yè)生產(chǎn)需要，開發(fā)一套自動點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)，通過運(yùn)動控制器和高精度的運(yùn)動平臺實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位，使用多組傳感器對點(diǎn)膠過程運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)展測量和采樣。實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)膠系統(tǒng)各運(yùn)動部件的控制，兼顧經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原那么，使點(diǎn)膠機(jī)適用于點(diǎn)，直線，圓，橢圓以及方形等規(guī)那么產(chǎn)品的點(diǎn)膠。1.4.2論文的主要研究內(nèi)容本論文深入探討了運(yùn)動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，介紹了運(yùn)動控制領(lǐng)域的一些新技術(shù)、新產(chǎn)品，辯證的選擇適合企業(yè)需求的運(yùn)動控制產(chǎn)品。開發(fā)了一種基于松下FPX一L60PLC的平面運(yùn)動控制系統(tǒng)，提出了研制一種主要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動控制功能的控制方案，而且在這套運(yùn)動控制系統(tǒng)中利用PLC程序來編寫逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)程序，可實(shí)現(xiàn)輪廓運(yùn)動控制。在上位PC機(jī)設(shè)計操作界面，通過調(diào)用PLC的程序，來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動控制。具體地講開發(fā)本運(yùn)動控制系統(tǒng)所要進(jìn)展的主要工作有：(1)分析了各種類型控制系統(tǒng)的構(gòu)造和應(yīng)用特點(diǎn)，控制技術(shù)當(dāng)前在國內(nèi)外開展?fàn)顩r，比較了當(dāng)前各種運(yùn)動控制器的功能與優(yōu)缺點(diǎn)。(2)分析了在本套控制系統(tǒng)中采用PLC的主要優(yōu)點(diǎn)，建設(shè)了以PC機(jī)為上位機(jī)，PLC為運(yùn)動控制器來根據(jù)PC機(jī)輸入的用戶指令控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的平面開環(huán)運(yùn)動控制系統(tǒng)。(4)解釋了點(diǎn)位運(yùn)動控制和逐點(diǎn)比較法宣線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)運(yùn)動的數(shù)學(xué)函數(shù)的建設(shè)，重點(diǎn)講解了PLC運(yùn)動控制程序?qū)τ谟脩敉ㄟ^操作界面輸入的數(shù)據(jù)的存儲與控制應(yīng)用，詳細(xì)說明了PLC程序的編制過程。(5)使用松下電工的可編程智能操作面板GT10的畫面制作工具軟件GTWIN，編制出一套適合界面友好、操作方便、功能強(qiáng)大，運(yùn)行可靠快捷的觸摸屏界面。第二章點(diǎn)膠機(jī)的控制方案2.1點(diǎn)膠機(jī)簡介點(diǎn)膠機(jī)由“機(jī)械＋電機(jī)＋運(yùn)動控制器〞組成。點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)造示意圖如圖2-1所示：通訊接口通訊接口運(yùn)動控制器電機(jī)機(jī)械接收指令圖2.1點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)造示意圖Fig．2．1ThesketchmapofthestructureofAdhesiveinjectingmachine機(jī)械局部就是一個三自由度的傳動機(jī)構(gòu)平臺。膠頭可以通過機(jī)械的移動定位到空間的任意一個〔X，Y，Z〕坐標(biāo)。運(yùn)動控制卡實(shí)際上相當(dāng)于一個智能的電子計算機(jī)。它發(fā)脈沖給電機(jī)的驅(qū)動器，使電機(jī)帶動機(jī)械運(yùn)動。它可以控制機(jī)械走出各種各樣的軌跡，靈活的控制運(yùn)動速度、加速度，進(jìn)展高精度的定位。點(diǎn)膠控制系統(tǒng)是針對點(diǎn)膠加工車間的工人設(shè)計的，所以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，在滿足運(yùn)動性能指標(biāo)的前提下，適應(yīng)在點(diǎn)膠過程中的靈活快速的要求，不僅要提高產(chǎn)品的可靠性，有效降低產(chǎn)品成本，還要操作簡單快捷。參考市場上的點(diǎn)膠機(jī)產(chǎn)品，結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，選擇適宜的運(yùn)動控制器。2.2點(diǎn)膠機(jī)的機(jī)械構(gòu)造為了防止膠水的固化，目前點(diǎn)膠機(jī)形式大都采用AB雙液點(diǎn)膠，其中A料桶用于裝本膠，B料桶用于裝催化劑，當(dāng)A膠遇到催化劑時，膠水才開場固化。點(diǎn)膠機(jī)的機(jī)械示意圖如3.1所示。帶輪帶輪電機(jī)攪拌器混料罐A混料罐B計量泵A計量泵B同步帶工作臺圖3.1點(diǎn)膠機(jī)的機(jī)械示意圖Fig3.1ThemechanicalschemesofAdhesiveinjectingmachine點(diǎn)膠機(jī)主要由機(jī)床機(jī)構(gòu)，混料機(jī)構(gòu)，傳輸機(jī)構(gòu)等幾大局部組成?！?〕機(jī)床機(jī)構(gòu)局部主體為一個XY方向工作平臺；工作平臺上有一個可縱向運(yùn)動同步帶機(jī)構(gòu)，該同步帶機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，控制機(jī)床的主要縱向運(yùn)動；縱向同步帶機(jī)構(gòu)上帶有一個橫向可運(yùn)動的涂膠嘴機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動，控制機(jī)床的主要橫向運(yùn)動；涂膠嘴機(jī)構(gòu)由可上下的同步帶運(yùn)動機(jī)構(gòu)和涂膠嘴兩局部組成，涂膠嘴的功能是控制涂膠的流量，可上下的運(yùn)動機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動控制涂膠嘴的高度位置，平時默認(rèn)在最高處，當(dāng)工作時要按工藝下降一定高度。工作后回到默認(rèn)位置?！?〕傳輸機(jī)構(gòu)本局部主要實(shí)現(xiàn)：A、B料罐液體混合料分別通過傳輸管道與一臺計量泵連接，通過計量泵分別傳輸?shù)阶⒛z嘴內(nèi)直流電機(jī)攪拌器內(nèi)，將兩種液體進(jìn)展充分混合，當(dāng)涂膠時，翻開注膠口，密封膠從注膠嘴流出?！?〕混料機(jī)構(gòu)主要由A、B料罐，A、B攪拌器，A、B加熱器，A、B液位限定器及直流電機(jī)攪拌器組成。A、B料罐由液位限定器控制液體料的容量，不工作時不需要攪拌和加熱，在正式涂膠工作前按照工藝提前攪拌，并按工藝保持恒溫，這樣，是為了保證液體料在注膠口的充分混合[23]。2.3運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制要求分析研制這套基于PLC的平面運(yùn)動控制系統(tǒng)的主要針對點(diǎn)位運(yùn)動控制的運(yùn)動控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠機(jī)的點(diǎn)位運(yùn)動和運(yùn)動軌跡的要求。2.3.1點(diǎn)位運(yùn)動點(diǎn)位運(yùn)動的特點(diǎn)是移動部件在移動中不進(jìn)展加工，只要求以最快的速度從一點(diǎn)移動到另一點(diǎn)，并準(zhǔn)確定位。至于點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動軌跡(路徑與方向)并無嚴(yán)格要求,各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動并不相關(guān)。點(diǎn)膠機(jī)的點(diǎn)位控制主要包括膠槍的原點(diǎn)回歸和快速移動，以及手動微調(diào)設(shè)置。要求坐標(biāo)位置具有較高的定位精度，為了提高生產(chǎn)效率，采用機(jī)床設(shè)定的最高進(jìn)給速度進(jìn)展定位運(yùn)動，在接近定位點(diǎn)前進(jìn)展降速，以便低速趨近終點(diǎn)，從而減少運(yùn)動部件的慣性過沖和因此引起的定位誤差，在移動過程中對運(yùn)動軌跡沒有任何要求。2.3.2輪廓控制輪廓控制是能夠?qū)蓚€或兩個以上的運(yùn)動坐標(biāo)的位移和速度同時進(jìn)展連續(xù)相關(guān)控制，使膠槍與工件間的相對運(yùn)動符合點(diǎn)膠要求，在工件平面進(jìn)展各種軌跡的點(diǎn)膠。在這類控制方式中，要求數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算的功能，即根據(jù)加工程序輸入的基本數(shù)據(jù)(如直線的終點(diǎn)坐標(biāo)、圓弧的終點(diǎn)坐標(biāo)和原系坐標(biāo)或半徑)，通過數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)運(yùn)算器的數(shù)學(xué)處理，把直線或曲線形狀的相關(guān)坐標(biāo)點(diǎn)計算出來，并邊計算邊根據(jù)計算結(jié)果控制兩個或兩個以上的坐標(biāo)軸協(xié)調(diào)運(yùn)動。(1)直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)用以控制兩個坐標(biāo)軸(或三個坐標(biāo)軸)以聯(lián)動的方式，按程序段中規(guī)定的合成進(jìn)給速度插補(bǔ)出任意斜率的平面(或空間)直線。工件相對于膠槍的現(xiàn)時位置是直線的起點(diǎn)，為點(diǎn)，因此程序段只要指定終點(diǎn)的坐標(biāo)分量，就給定了加工直線的必要條件?！?〕圓弧插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)分在所選擇的平面上按順時針以及逆時針的兩種圓弧加工。在圓弧加工程序段除了要指定圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)之外，還必須指定圓弧的圓心相對于圓弧起點(diǎn)在X、Y、Z方向上的相對坐標(biāo)。因起點(diǎn)是現(xiàn)在的，便可以確定圓心的坐標(biāo)，程序段中又給出了圓弧的終點(diǎn)坐標(biāo)，這樣就能加工圓弧了。(3)橢圓插補(bǔ)橢圓方程的因變量有長短軸以及起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)值，在相對坐標(biāo)系可以根據(jù)前一點(diǎn)的坐標(biāo)判斷下一步的進(jìn)給方向。因?yàn)楦鱾€象限需要進(jìn)給的方向和偏差的遞進(jìn)值不同，并且橢圓方程的因變量比直線和圓要多，更容易發(fā)生錯誤，是本文中的難點(diǎn)。2.3.3系統(tǒng)操作界面要求運(yùn)動控制系統(tǒng)操作界面是使用者對于本套運(yùn)動控制系統(tǒng)的最直觀的了解，它直接面對用戶，承受用戶的指令，并把用戶的運(yùn)動控制指令傳輸?shù)竭\(yùn)動控制器PLC中。使用者無需明白整套運(yùn)動控制器的運(yùn)動原理，只要了解操作即可。所以這就要求運(yùn)動控制系統(tǒng)的界面操作簡單明了，以降低對使用者或進(jìn)展培訓(xùn)者的要求。這套運(yùn)動控制系統(tǒng)有兩種運(yùn)動方式，分別為點(diǎn)位運(yùn)動、輪廓插補(bǔ)中的直線插補(bǔ)運(yùn)動和圓弧插補(bǔ)運(yùn)動，所以運(yùn)動控制操作界面也要能進(jìn)展兩種運(yùn)動控制軌跡的選擇和控制參數(shù)輸入。用戶應(yīng)能控制運(yùn)動控制系統(tǒng)的啟動運(yùn)行，應(yīng)設(shè)置有專用的啟動按鈕，以使用戶能保持對系統(tǒng)運(yùn)行的控制。根據(jù)點(diǎn)膠機(jī)的界面要求，本課題選用松下GT30觸摸屏進(jìn)展人際交流，其畫面制作工具軟件，簡稱GTWIN。該觸摸屏為黑白機(jī)，在明亮、易讀的液晶畫面上，不僅能顯示信息、圖形，還可以根據(jù)需要自由的顯示按鍵、指示燈、PLC數(shù)據(jù)、圖表、時鐘等，使運(yùn)行狀況一目了然。該觸摸屏安裝方便，機(jī)體很緊湊，可安裝在很小的空間里。用一根電纜就能與松下FP系列或者三菱電機(jī)FX系列的機(jī)種直接連接，因此布線時間大幅度減少。液晶和觸摸式面板，不但可以清晰的顯示畫面，只要輕輕觸摸，就可以進(jìn)展開關(guān)操作或者輸入數(shù)據(jù)，方便快捷。2.4運(yùn)動控制系統(tǒng)控制方案方案確定運(yùn)動控制器是整個點(diǎn)膠機(jī)的“心臟〞。點(diǎn)膠機(jī)的工作情況通過運(yùn)動控制器調(diào)節(jié)控制，每個工作狀態(tài)都有相應(yīng)的線路控制，它直接影響點(diǎn)膠機(jī)的工作狀態(tài)，影響產(chǎn)品的涂膠質(zhì)量。其主要功能有：上下位機(jī)問通信、傳遞控制參數(shù)、監(jiān)控狀念和故障診斷與報警，以及數(shù)據(jù)處理等。實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動控制的通常方法可以有兩種：一是采用全功能的數(shù)控裝置，這種裝置功能十分完善，聯(lián)動軸數(shù)在五軸以上，但其價格卻很昂貴，而且許多功能對點(diǎn)位控制來說是多余的，許多企業(yè)承擔(dān)不起高昂的費(fèi)用；二是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置，這種裝置功能相對較弱，最多聯(lián)動軸數(shù)為二軸或三軸，抗干擾能力弱，控制精度不高，但其價格較為低廉，適合一些控制要求不高的工程。全功能性的數(shù)控系統(tǒng)大致有四種：1、傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)。如FANUCO系統(tǒng)、MITSUBISHIM50系統(tǒng)、Siemens810系統(tǒng)等，這是一種專門的封閉體系構(gòu)造的數(shù)控系統(tǒng)。人機(jī)界面必須使用專門的開發(fā)工具，耗時耗力，用戶無法進(jìn)展自主研發(fā)，修改不便。2、“PC嵌入NC〞構(gòu)造的開放式數(shù)控系統(tǒng)。如FANUCl8i、16i系統(tǒng)、Siemens840D系統(tǒng)、Numl060系統(tǒng)、AB9／360等數(shù)控系統(tǒng)。它的NC局部仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，其體系構(gòu)造還是不開放的，因此用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜、功能強(qiáng)大，但價格昂貴。3、“NC嵌入PC〞構(gòu)造的開放式數(shù)控系統(tǒng)。它由于開放體系構(gòu)造運(yùn)動控制卡+PC機(jī)構(gòu)成。這種運(yùn)動控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動控制能力。可以使用戶在WINDOWS平臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化控制各個領(lǐng)域。4、SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)。這是一種最新開放體系構(gòu)造的數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的CNC軟件全部裝在計算機(jī)中，而硬件局部僅是計算機(jī)與伺服驅(qū)動和外部I／O之問的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，因而最有生命力。在我國微電子封裝設(shè)備上使用的數(shù)控系統(tǒng)中，大多數(shù)實(shí)力比較強(qiáng)的企業(yè)都使用進(jìn)口的高檔數(shù)控系統(tǒng)，也有一些企業(yè)使用國產(chǎn)數(shù)控?？v觀這些數(shù)控系統(tǒng)，都具有十分強(qiáng)大的功能，能夠適應(yīng)多種生產(chǎn)環(huán)境。當(dāng)然功能越強(qiáng)，造價就越高，并且有很多功能企業(yè)基本就沒有使用，這就造成了巨大的浪費(fèi)。中國電子制造業(yè)的開展，中小批量生產(chǎn)的占據(jù)主流，這就要求點(diǎn)膠機(jī)數(shù)控系統(tǒng)能滿足不同加工需求，迅速高效、低成本，并能大幅度地降低維護(hù)和培訓(xùn)的成本，同時還要求新一代數(shù)控系統(tǒng)具有方便的修改維護(hù)功能，以適應(yīng)未來車間面向任務(wù)和訂單的生產(chǎn)組織和管理模式。所以針對我國的中小制造企業(yè)來說，開展經(jīng)濟(jì)型專用數(shù)控系統(tǒng)就顯得尤為重要了[29]。目前，經(jīng)濟(jì)型控制系統(tǒng)常用的有兩種：一種是采用可編程邏輯控制器〔PLC〕系統(tǒng)，二是采用單片機(jī)控制系統(tǒng)。其性能比較如下：1、PLC系統(tǒng)不需要附加硬件設(shè)計且軟件編程簡單，易學(xué)易用，設(shè)計周期短，開發(fā)費(fèi)用低，但是PLC控制器價格昂貴。對單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)目極少的工程，采用PLC是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好。單片機(jī)控制器成本低，而且靈活性更好，功能強(qiáng)大，體積小，易于產(chǎn)品化，但抗干擾能力差。對于量大的配套工程，采用單片機(jī)具有成本低、效益高的特點(diǎn)，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)歷才能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。2、PLC系統(tǒng)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。開展到今天，PLC已經(jīng)形成了大中小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。不同廠家的PLC具有一樣的工作原理，類似的功能指標(biāo)有一定的互換性，質(zhì)量有保證。PLC系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造。單片機(jī)產(chǎn)生的時間不長，現(xiàn)在是單片機(jī)百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)那么是八仙過海各顯神通，功能千差萬別，質(zhì)量參差不齊，這造成單片機(jī)開發(fā)困難，不方便維護(hù)。3、由于以單片機(jī)控制的數(shù)控系統(tǒng)通常是把編寫好的程序固化在程序存儲器中，這樣就缺乏柔性，使得程序修改變的非常不便，而且開發(fā)單片機(jī)控制系統(tǒng)需要較高的技術(shù)和較長的周期。而PLC那么編程很方便，特別是修改程序很方便，開發(fā)周期大大降低。在單片機(jī)中需要編寫很多行程序來實(shí)現(xiàn)的算法，在PLC中那么可以利用梯形圖很方便地實(shí)現(xiàn)。由于PLC是以循環(huán)掃描方式工作，即每一個狀態(tài)變化需要一個掃描周期，被控對象不能在高頻下工作，轉(zhuǎn)速較慢且不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動關(guān)系[24-31]。本課題研究的點(diǎn)膠機(jī)專為揚(yáng)聲器邊圈涂膠，揚(yáng)聲器邊圈的涂膠是電聲廠家的一大難題。隨著時代的開展,揚(yáng)聲器形狀趨于多樣化,但形狀各異的揚(yáng)聲器要用同一涂膠機(jī)來加工卻是困難重重,加上膠水固化、涂膠不均等問題,使得大多廠家只能采用人工涂膠。鑒于PLC的優(yōu)點(diǎn)和運(yùn)動控制功能以及平面運(yùn)動控制所需控制電機(jī)數(shù)目少的特點(diǎn)，提出了用PLC控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動控制功能方案，研制一套采用PLC為運(yùn)動控制器的點(diǎn)膠機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)。小型PLC的功能越來越強(qiáng)，除了典型的順序控制外，在點(diǎn)位控制、遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，但由于沒有圓弧插補(bǔ)指令，除非用高級位置模塊，否那么無法應(yīng)用在輪廓控制的領(lǐng)域。自動點(diǎn)膠機(jī)對數(shù)控裝置插補(bǔ)精度和進(jìn)給速度要求不是很高，采用可靠性高、性能優(yōu)良的松下FPX系列小型PLC開發(fā)這類控制裝置，解決了插補(bǔ)問題，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，是較好的選擇。故本文選用松下FPX系列小型PLC作為運(yùn)動控制器。2.5松下FP系列PLC2.5.1松下FPX特點(diǎn)松下FPX是適用于小規(guī)模設(shè)備控制的小型通用PLC，以其低廉的價格和強(qiáng)大的控制功能，在中小規(guī)模企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)如下：〔1〕基本性能FPX作為適用于小規(guī)模設(shè)備控制的小型通用PLC，具有充實(shí)的基本性能，雖然只是AC電源、螺絲端子臺、繼電器輸出的通用型式，但具有1.32k步的程序容量2.0.32μs的指令處理速度3.最大382點(diǎn)的I/O控制〔E30R出售時〕的基本性能?！?〕特殊功能在控制單元上標(biāo)準(zhǔn)裝載了單相8ch、2相4ch的高速計數(shù)器功能。能對來自傳感器、編碼器等外部的輸入進(jìn)展計數(shù)，其值到達(dá)目標(biāo)值時，可將任意的輸出。通過使用脈沖輸入輸出插卡，可使用高速計數(shù)器和脈沖輸出功能。脈沖輸出頻率最大可達(dá)100kHz，因此，不僅能對應(yīng)于使用步進(jìn)電動機(jī)的位置控制，而且還能對應(yīng)于使用伺服電動機(jī)的位置控制?！?〕擴(kuò)展功能作為可選件，準(zhǔn)備有豐富多彩的擴(kuò)展插卡〔5種類型的功能插卡、4種通信插卡〕:1、功能插卡：DC8點(diǎn)輸入型、晶體管8點(diǎn)輸出型、模擬2ch輸入型、高速計數(shù)器輸入＋脈沖輸出型、帶實(shí)時時鐘的主存儲器型〔32k步的程序可復(fù)制、保存〕2、通信插卡：RS232C1ch型、RS232C2ch型、RS485/RS422切換1ch型、RS232C＋RS485各1ch型3、擴(kuò)展單元：在專用的擴(kuò)展單元上，可裝載FP0擴(kuò)展單元。通過擴(kuò)展FP0適配器，最多可裝載3臺FP0擴(kuò)展單元。〔4〕通信功能可使用USB電纜與計算機(jī)進(jìn)展直接連接〔C14除外〕，不需要USB?RS232C適配器/電纜，同時還裝載了以往的編程口RS232C。利用主機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)編程口〔RS232C〕可以與顯示面板或計算機(jī)通信。另外，還備有作為RS232C端口及RS485端口通信用的通信插卡選件。在FP－X上安裝RS232C2通道型通信插卡后，可以連接2臺RS232C設(shè)備。另外還配備了1:N通信〔最多99臺〕、PC〔PLC〕之間鏈接〔最多16臺〕等豐富的通訊功能?！?〕其他功能1、對應(yīng)PWM輸出功能的加熱控制，使用專用指令，可以取出任意占空比的脈沖輸出.2、主機(jī)上配備了標(biāo)準(zhǔn)模擬電位器。無需使用編程工具，能夠輕便地使用模擬定時器等。3、可追加實(shí)時時鐘功能。安裝另外銷售的FP－X主存儲器插卡〔AFPX－MRTC〕和備份電池〔AFPX－BATT〕，即可使用實(shí)時時鐘功能。4、FPX維護(hù)簡單，程序內(nèi)存使用EEPROM，無需備用電池；此外FPX還增加了程序運(yùn)行過程中的重寫功能。2.5.2松下FP系列PLC的編程元件(1)輸入繼電器(X)輸入繼電器是PLC承受外都輸入信號的窗口。PLC通過光電耦合器，將外部信號的狀態(tài)讀入并存儲在輸入鏡象存放器中。輸入端可以外接常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)，也可以接多個觸點(diǎn)組成的串并聯(lián)電路或電子傳感器(如接近開關(guān))。在梯形圖中，可以屢次使用輸入繼電器的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。松下FP系列PLC的輸入繼電器的元件號為十六進(jìn)制。PLC在每一個周期開場時讀取輸入信號，輸入信號的通、斷持續(xù)時間應(yīng)大于PLC的掃描周期。如果不滿足這一條件，可能會喪失輸入信號。(2)輸出繼電器(Y)輸出繼電器是PLC向外部負(fù)載發(fā)送信號的窗口。輸出繼電器用來將PLC的輸出信號通過輸出電路硬件驅(qū)動外部負(fù)載。輸出繼電器的線圈在程序設(shè)計時只能使用一次，不可重復(fù)使用。但觸點(diǎn)可以屢次使用．輸出繼電器的線圈“通電〞后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件輸出繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載工作。硬件輸出繼電器只有一個常開觸點(diǎn)，接在PLC的輸出端子上．松下FP系列PLC的輸出繼電器的元件號為十六迸制。(3)輔助繼電器(R)PLC內(nèi)有很多輔助繼電器。它們是用軟件實(shí)現(xiàn)的。輔助繼電器的線圈，可以由PLC內(nèi)部各軟繼電器的觸點(diǎn)驅(qū)動，它們不能象輸入繼電器那樣接收外部的輸入信號，也不能象輸出繼電器那樣直接驅(qū)動外部負(fù)載，而是一種內(nèi)部的狀態(tài)標(biāo)志，起到相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器的作用。松下FP系列PLC的輔助繼電器分為通用輔助繼電器和特殊輔助繼電器，其元件號為十六進(jìn)制。(4)定時器(T)PLC內(nèi)有幾百個定時器，其功能相當(dāng)于繼電控制系統(tǒng)中的時間繼電器。定時器是根據(jù)時鐘脈沖的累積計時的。時鐘脈沖有l(wèi)ms、10ms、100ms和1s四種，當(dāng)所計時間到達(dá)設(shè)定值時，其輸出觸點(diǎn)動作。(5)計數(shù)器(C)計數(shù)器在程序中用作計數(shù)控制。松下FP系列PLC的計數(shù)器是16位減計數(shù)器，都有兩個輸入，一個用于計數(shù)，一個用于復(fù)位。(6)數(shù)據(jù)存放器(DT)數(shù)據(jù)存放器是存儲數(shù)值數(shù)據(jù)的軟組件，用DT表示。數(shù)據(jù)存放器可以存儲16位=進(jìn)制數(shù)或稱一個字。要想存儲32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)(雙字)，必須同時用兩個序號連續(xù)的數(shù)據(jù)存放器進(jìn)展數(shù)據(jù)存儲。例如用DT0和DT1存儲雙字，DT0存放低16位，DT1存放高16位。字或雙字的最高位為符號位，O表示為正數(shù)，1表示為負(fù)數(shù)。數(shù)據(jù)存放器數(shù)值的讀出與寫入一般采用應(yīng)用指令完成，并可以利用顯示模塊及編程器直接讀出與寫入．2.6小結(jié)運(yùn)動控制卡在高精領(lǐng)域比PLC更好，二次開發(fā)性更強(qiáng),未來將會是PC-BASE卡與系統(tǒng)總線統(tǒng)治數(shù)控界，但PLC也不會退出市場因?yàn)槠鋬r格低廉，完全可以勝任不少要求不高的工作，節(jié)省成本。本課題研究的點(diǎn)膠機(jī)運(yùn)動軌跡簡單，處理有限的幾種產(chǎn)品點(diǎn)膠，對運(yùn)動控制的能力要求不高，企業(yè)經(jīng)費(fèi)有限，物美價廉的小型PLC成為主要選擇。在我國中小型企業(yè)，很多企業(yè)點(diǎn)膠設(shè)備還是手工操作，使用PLC開發(fā)合理的應(yīng)用程序，對設(shè)備進(jìn)展改造，還大有可為。本課題開發(fā)的基于PLC的自動點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)，從PLC的能力分析，可以完成自動點(diǎn)膠機(jī)對點(diǎn)，直線，弧線，圓，橢圓等各種情況的點(diǎn)膠。點(diǎn)膠機(jī)對操作界面要求不高，需要的控制場景不多，并且要求設(shè)計的界面簡單明了。松下松下GT30觸摸屏價格廉價，可以與多種型號的PLC連接，滿足傳輸數(shù)據(jù)的要求。第三章點(diǎn)膠機(jī)的驅(qū)動方案進(jìn)展點(diǎn)膠機(jī)的總體設(shè)計時，需要考慮到控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。點(diǎn)膠機(jī)的動作控制絕大局部屬于邏輯控制，因此選擇PLC〔可編程序控制器〕來完成機(jī)床的動作控制。點(diǎn)膠機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是接收信號后利用各種電動機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動膠槍和工件以進(jìn)展各種動作完成理想運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。驅(qū)動系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對工作臺的控制，使其根據(jù)控制系統(tǒng)的指令做出適宜的動作。3.1點(diǎn)膠機(jī)的傳動方式XY平臺的運(yùn)動方式有兩種可以選擇的方式，一種是基于單軸運(yùn)動模式，另一種就是基于多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動模式。單軸運(yùn)動是極坐標(biāo)的控制形式，通過控制單軸的長度和角度來實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動軌跡。多軸模式是常見的XY工作臺，通過多軸的協(xié)調(diào)動作實(shí)現(xiàn)理想軌跡。出于節(jié)約時間，提高效率的考慮，工作平臺采用多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動的方式實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。描述復(fù)雜的多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動軌跡的最簡單的方法是利用坐標(biāo)系。由于在坐標(biāo)系內(nèi)能夠方便地描述運(yùn)動對象的運(yùn)動軌跡，所以多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動又稱為坐標(biāo)系運(yùn)動。在坐標(biāo)系運(yùn)動控制模式下可以實(shí)現(xiàn)單段軌跡運(yùn)動、多段軌跡連續(xù)運(yùn)動。圖3.2XY工作臺示意圖Fig3.2TheschemesofXYworkbench一個典型的控制進(jìn)給系統(tǒng)，由運(yùn)動控制器、驅(qū)動單元、機(jī)械傳動裝置和執(zhí)行元件等幾局部組成。其中，機(jī)械傳動裝置是位置控制中的一個重要環(huán)節(jié)。機(jī)械傳動裝置，是指將驅(qū)動源的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運(yùn)動的整個機(jī)械傳動鏈?？刂破骺刂破鹘涌陔娐穲?zhí)行部件傳動機(jī)構(gòu)XY工作臺圖3.3控制進(jìn)給示意圖Fig3.3Theschemesofsteppingcontrol點(diǎn)膠設(shè)備的工作臺，大多只需要完成平面二維運(yùn)動。每一維的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，都由電機(jī)提供動力，傳動機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，或者直接采用直線電機(jī)的方式。傳統(tǒng)的傳動構(gòu)造大都使用滾珠絲杠傳動和齒輪齒條傳動，傳動方式對運(yùn)動控制有較大影響，要綜合考慮?！?〕絲桿螺母傳動：通過絲桿螺母將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)為定位平臺的直線運(yùn)動，構(gòu)造簡單、安裝維護(hù)方便。但是長距離滾珠絲杠受自身重力作用及旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性作用造成的絲杠變形負(fù)載不能太大，壽命低，成本高，對污染較為敏感?！?〕齒輪齒條傳動：耗能小，可靠，噪音低，傳動功率大，效率高。但容易發(fā)生齒面磨損，并且要求潤滑條件好。由于齒間間隙，會出現(xiàn)一段空行程，在數(shù)控機(jī)床中并不適用。由于機(jī)械設(shè)備不斷向高精度、高速度、大功率、長壽命、低噪聲、低成本和緊湊化方向開展，近年來帶傳動產(chǎn)品在保證一定強(qiáng)度條件下逐步向輕薄方向開展。同步帶傳動在汽車制造、機(jī)床、紡織機(jī)械等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。同步帶傳動又稱齒形帶傳動。它集齒輪、鏈條、帶傳動等優(yōu)點(diǎn)于一體，具有傳動效率高、傳動比準(zhǔn)確、噪聲小、節(jié)能、維修方便等特點(diǎn)，20世紀(jì)80年代起，逐步成為精細(xì)機(jī)械的主導(dǎo)傳動產(chǎn)品。齒形帶與傳統(tǒng)傳動帶的最大差異在于同步、靜音。因此，它是當(dāng)今最受推崇的環(huán)保型產(chǎn)品。同步帶的工作面呈齒形，與帶輪的齒槽作嚙合運(yùn)動，并由帶的抗拉層承受載荷，以保持帶的接線長度不變，故帶與帶輪之間沒有相對滑動，可以實(shí)現(xiàn)帶與帶輪之間的同步傳動。同步帶除了傳遞運(yùn)動動力外，還可以進(jìn)展高精度的定位運(yùn)動，精細(xì)輸送等。同步帶傳動的主要失效形式包括帶的疲勞斷裂、帶齒的剪切和壓潰以及同步帶兩側(cè)面的磨損。同步帶的特點(diǎn)：〔1〕傳動準(zhǔn)確。帶和帶輪之間的間隙很小，嚴(yán)格同步傳動，不打滑、傳動比準(zhǔn)確，角速度恒定，故常用于準(zhǔn)確傳動?！?〕傳動效率高。由于傳動無滑差，初張力較小，帶體輕薄，傳動時產(chǎn)生熱量小，傳動效率可達(dá)99.5%，因此傳動效率高?！?〕傳動大，載荷范圍大。其傳動比可高達(dá)20以上，傳動功率從幾瓦到數(shù)百千瓦?！?〕傳動速度高。能適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械要求，進(jìn)展高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其速度可高達(dá)80m/s?！?〕構(gòu)造緊湊。同步帶強(qiáng)度高，帶體輕薄，曲擾性好，能適應(yīng)較小的帶輪直徑，傳動中心矩小，故構(gòu)造緊湊。 〔6〕沖擊小，傳動平穩(wěn)。同步帶傳動時，嚙合面為金屬與非金屬接觸，沖擊比齒輪傳動小的多，也沒有鏈條傳動時節(jié)線上下跳動的現(xiàn)象。因此，同步帶傳動平穩(wěn)，沖擊小，適用于精細(xì)傳動?！?〕無需潤滑。同步帶的齒面具有自潤滑性，與帶輪槽接觸時，無需潤滑，因此也無污染?！?〕維護(hù)保養(yǎng)方便。同步帶在使用過程中基本不伸長，所以在安裝時給定的初張力，在使用中不必調(diào)整，能適應(yīng)在人員不宜接觸和操作的地方使用?！?〕噪聲小，它的噪聲小于齒輪傳動和鏈條傳動。〔10〕傳動機(jī)構(gòu)質(zhì)量輕。同步帶傳動中的帶輪可以使用鋁合金或塑料，因此在傳動一樣功率時，使用同步帶傳動可以減輕傳動機(jī)構(gòu)的質(zhì)量。利用齒形帶傳動代替?zhèn)鹘y(tǒng)絲杠傳動，相對齒輪齒條傳動中能量損耗較小，可靠，噪音低，傳動功率大，效率高。介于此，本工程采用同步帶傳動，研究同步帶傳動在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。3.2執(zhí)行元件分析執(zhí)行元件，是根據(jù)來自控制器的控制信息完成對受控對象的控制作用的元件，是控制系統(tǒng)的重要組成局部。它將電能或流體能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或其他能量形式，直接作用于受控對象，按照控制要求改變受控對象的機(jī)械運(yùn)動狀態(tài)。根據(jù)其在系統(tǒng)中的作用，選擇執(zhí)行元件時一般的考慮原那么是：(1)在整個工作循環(huán)中都能拖動負(fù)載按預(yù)期的運(yùn)動要求。(2)執(zhí)行元件的性能是運(yùn)動控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的基本限制因素，所以選擇執(zhí)行元件不但要考慮滿足負(fù)載拖動的要求，還要考慮它對系統(tǒng)控制性能的影響。(3)對啟、停頻率要求低，還要低速平穩(wěn)及扭矩脈動小，高速運(yùn)行時振動噪音小。在機(jī)械自動化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件根據(jù)輸入能量的不同可分為電動、氣動和液壓三類。電動執(zhí)行元件安裝靈活，使用方便，在自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣。氣動執(zhí)行元件構(gòu)造簡單，重量輕，工作可靠并具有防爆特點(diǎn)，在中、小功率的化工石油設(shè)備和機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)自動線上應(yīng)用較多。液壓執(zhí)行元件功率大，快速性好，運(yùn)行平穩(wěn)，廣泛用于大功率的控制系統(tǒng)。根據(jù)本課題的實(shí)際情況，應(yīng)選用電動執(zhí)行元件，即將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動的電磁元件。電動執(zhí)行元件具有調(diào)速范圍寬、靈敏度高、響應(yīng)速度快、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象等性能，并能長期連續(xù)可靠地工作。常用的電動執(zhí)行元件有直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、電磁制動器、繼電器等。為了適應(yīng)數(shù)字化技術(shù)開展趨勢，目前控制電機(jī)大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字交流伺服電機(jī)。3.2.1步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件，在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停頓的位置，只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)那么轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制，變得簡單準(zhǔn)確。步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，一般是改變輸入的脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)動控制器每給一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個固定的角度。這樣就可以通過控制步進(jìn)電機(jī)的一個脈沖到下一個脈沖的時間間隔，來改變脈沖的頻率，用延時長短具體控制步進(jìn)角，來改變轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。由步進(jìn)電機(jī)組成的步進(jìn)傳動系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：(a)步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動的執(zhí)行裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著內(nèi)在的聯(lián)系，很容易和其他數(shù)字器件進(jìn)展接口。(b)步進(jìn)電機(jī)，位置誤差無積累。(c)步進(jìn)電機(jī)可以位置開環(huán)方式進(jìn)展控制，位甓開環(huán)，不需要位置反響，系統(tǒng)構(gòu)造簡單，不存在系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。(d)永磁式或混合式步進(jìn)電機(jī)，除停轉(zhuǎn)期間消耗的電能較小以外，它們還具有記憶轉(zhuǎn)矩的功能?？梢栽谕ｋ姷臈l件下將轉(zhuǎn)子鎖定在特定的位置上。步進(jìn)電機(jī)主要應(yīng)用在開環(huán)、控制精度及響應(yīng)速度要求不太高的運(yùn)動控制場合。如數(shù)字控制系統(tǒng)、工具控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)等。步進(jìn)電機(jī)最簡單的運(yùn)行方式是與控制脈沖組成開環(huán)系統(tǒng)，如圖3．4表示由步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動控制器和控制脈沖組成的開環(huán)系統(tǒng)。脈沖分配器主要通過一個脈沖輸入控制步進(jìn)電機(jī)的速度，一個輸入端控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，并有與步進(jìn)電機(jī)相數(shù)一樣數(shù)目的輸入端分別控制電機(jī)的各相。這種硬件脈沖分配器通常直接包含在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器內(nèi)。在數(shù)控系統(tǒng)中，通過插補(bǔ)運(yùn)算，得到每個坐標(biāo)軸的位移信號，通過輸出接口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器發(fā)出高速脈沖信號和正反轉(zhuǎn)信號，可以控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行[41]。電源電源脈沖分配功率放大驅(qū)動器指令脈沖步進(jìn)電機(jī)圖3.4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)原理框圖Fig3.4Thechartofsteppingdrivesystem3.2.2交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)分為交流永磁式伺服電機(jī)和交流感應(yīng)式伺服電機(jī)。永磁式伺服電機(jī)機(jī)相當(dāng)于交流同步電動機(jī)，常用于進(jìn)給伺服系統(tǒng)；感應(yīng)式交流伺服電機(jī)相當(dāng)于交流感應(yīng)異步電機(jī)，常用于主軸伺服系統(tǒng)。兩種伺服電機(jī)的原理都是由定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場一起運(yùn)行。不同點(diǎn)是交流永磁式伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與外加交流電源的頻率存在著嚴(yán)格的同步關(guān)系，即電動機(jī)的轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速；而感應(yīng)式伺服電機(jī)由于需要轉(zhuǎn)速差才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以電動機(jī)的轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速差隨著負(fù)載的增大而增大。同步轉(zhuǎn)速的大小等于交流電源的頻率除以電機(jī)極對數(shù)。因而交流伺服電機(jī)可以通過改變供電電源頻率的方法來調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。交流伺服系統(tǒng)由交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動器組成。它是作為無刷直流伺服系統(tǒng)的替代產(chǎn)品出現(xiàn)的。由于直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，因此長期以來，在調(diào)速性能要求較高的場合，直流電機(jī)調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)位置。但是由于它的電刷和換向的磨損，有時會產(chǎn)生火花，電動機(jī)的最高速受到限制，而且直流電機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，成本較高，所以在使用中受到一定的限制。麗近年來，交流伺服驅(qū)動技術(shù)有了飛速的開展，它不僅抑制了直流伺服電機(jī)構(gòu)造上存在整流子、電刷維護(hù)困難、造價高、壽命短、應(yīng)用環(huán)境受到限制的缺點(diǎn)，同時又發(fā)揮了交流伺服電機(jī)的穩(wěn)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠、動態(tài)響應(yīng)好、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)，在某些場合交流伺服電機(jī)已經(jīng)逐漸取代了直流伺服電機(jī)。根據(jù)電動機(jī)的類型，目前將交流伺服系統(tǒng)分為同步型交流伺服系統(tǒng)和異步型交流伺服系統(tǒng)。通常永磁同步交流伺服系統(tǒng)在定位運(yùn)動控制系統(tǒng)，特別是在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服中應(yīng)用廣泛。同步型交流伺服系統(tǒng)按照驅(qū)動電流的波形及工作原理，又可分為矩形波電流驅(qū)動的交流伺服系統(tǒng)和正弦波電流驅(qū)動的交流伺服系統(tǒng)。從開展趨勢來看，正弦波驅(qū)動將成為主流。位置比較位置比較速度比較驅(qū)動器交流伺服電機(jī)速度反響位置反響位置環(huán)主控制系統(tǒng)圖3.5交流伺服系統(tǒng)控制框圖Fig3.5ThechartofACservosystem交流伺服電機(jī)一般由永磁同步電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器、速度傳感器組成，交流伺服電機(jī)和它的驅(qū)動器組成一個伺服系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)是一個典型的速度閉環(huán)系統(tǒng)；伺服驅(qū)動器從主控制系統(tǒng)接收電壓變化范圍為—的速度指令信號。電壓從變化到的過程中，伺服電機(jī)可實(shí)現(xiàn)從反轉(zhuǎn)最高速變化到零，然后再變化到正轉(zhuǎn)最高速[34]。但是，這種交流伺服系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)對速度的閉環(huán)控制，還不能直接實(shí)現(xiàn)對位置的閉環(huán)控制。要實(shí)現(xiàn)對位置的閉環(huán)控制，必須在電機(jī)和控制系統(tǒng)間構(gòu)成一個位置環(huán),如圖3.5所示。3.2.3電機(jī)的脈沖控制在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。點(diǎn)膠機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能主要包括點(diǎn)膠軌跡控制、膠槍上下移動定位兩局部，對于精度的要求并不是很高，在工作中對電機(jī)的要求也相對于數(shù)控機(jī)床寬松很多?？紤]到運(yùn)動控制器的選取和系統(tǒng)的實(shí)際要求，本課題選用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，承受運(yùn)動控制器的控制。自動點(diǎn)膠機(jī)工作時步進(jìn)電機(jī)處于低速，三相電機(jī)的步距角在1.5°左右，使用時工作效率高，噪音低。通過靜力矩和電流的分析，選擇斯達(dá)特57BYG350B型電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)作為一種控制精細(xì)位移及大范圍調(diào)速專用的電機(jī),由于控制方法簡單，成本低廉，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行需要有脈沖分配的功率型電子裝置進(jìn)展驅(qū)動,這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。它接收控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號，按照步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)，順序分配脈沖，實(shí)現(xiàn)控制角位移、旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方向、制動加載狀態(tài)、自由狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號,通過驅(qū)動器就能夠驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個步距角。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。角位移量與脈沖個數(shù)相關(guān)。1、必要脈沖數(shù)的計算必要脈沖數(shù)是指傳動裝置將物體從起始位置傳送到目標(biāo)位置所需要提供給步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)。必要脈沖數(shù)按下面公式計算：(3-1)N:必要脈沖數(shù)：物體移動的距離：距離電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周移動的距離步進(jìn)角2、驅(qū)動脈沖速度的計算驅(qū)動脈沖速度是指在設(shè)定的定位時間中電機(jī)旋轉(zhuǎn)過一定角度所需要的脈沖數(shù)。驅(qū)動脈沖數(shù)可以根據(jù)必要脈沖數(shù)、定位時間和加/減速時間計算得出?！?〕自啟動運(yùn)行方式自啟動運(yùn)行方式是指在驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)和停頓時不經(jīng)過加速、減速階段，而直接以驅(qū)動脈沖速度啟動和停頓的運(yùn)行方式。自啟動運(yùn)行方式通常在轉(zhuǎn)速較低的時候使用。同時，因?yàn)樵趩?停頓時存在一個突然的速度變化，所以這種方式需要較大的加/減速力矩。自啟動運(yùn)行方式的驅(qū)動脈沖速度計算方法如下：(3-2)V驅(qū)動脈沖速度N必要脈沖數(shù)T定位時間圖3.6自啟動運(yùn)行方式Fig3.6self-startingoperationmode〔2〕加/減速運(yùn)行方式加//減速運(yùn)行方式是指電機(jī)首先以一個較低的速度啟動，經(jīng)過一個加速過程后到達(dá)正常的驅(qū)動脈沖速度，運(yùn)行一段時間之后再經(jīng)過一個減速過程后電機(jī)停頓的運(yùn)行方式。其定位時間包括加速時間、減速時間和以驅(qū)動脈沖速度運(yùn)行的時間。加/減速時間需要根據(jù)傳送距離、速度和定位時間來計算。在加/減速運(yùn)行方式中，因?yàn)樗俣茸兓^小，所以需要的力矩要比自啟動方式下的力矩小。加/減速運(yùn)行方式下的驅(qū)動脈沖速度計算方法如下：〔3-3〕圖3.7加減速運(yùn)行方式Fig3.7decelerationoperationmode3.3點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)硬件點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)的驅(qū)動情況好壞關(guān)系到控制系統(tǒng)的精度，具有重要意義。本章表達(dá)點(diǎn)膠機(jī)的機(jī)械構(gòu)造，分析了XY工作臺的傳動方式。詳細(xì)介紹了同步帶傳送與傳統(tǒng)傳動方式的優(yōu)越性，闡述了執(zhí)行元件的選用原那么，分析了控制電機(jī)的分類，論述了步進(jìn)電機(jī)與交流伺服電機(jī)的原理及優(yōu)缺點(diǎn)。從點(diǎn)膠機(jī)的控制要求及成本等方面考慮，決定選用同步帶傳動方式，執(zhí)行元件選用斯達(dá)特57BYG350A型步進(jìn)電機(jī)。最終可以確定自動點(diǎn)膠機(jī)的硬件配置如表3.1所示。表3.1自動點(diǎn)膠機(jī)硬件配置Table3.1thehardwareconfigurationofAdhesiveinjectingmachine產(chǎn)品數(shù)量類型FPXC601PLCGT101觸摸屏斯達(dá)特57BYG350A3步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器細(xì)分差動輸入3步進(jìn)驅(qū)動器同步帶與帶輪3套移動平臺1個固定膠水的固件1個開關(guān)按鈕1個按鈕機(jī)架1套24VDC電源1個電源點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)主要由1臺松下FPX-C60T系列PLC、松下GT30觸摸屏、2臺步進(jìn)電機(jī)和相應(yīng)的功率驅(qū)動器組成，如圖3.6所示。點(diǎn)膠機(jī)控制系統(tǒng)的各個部件的接線順序和連接關(guān)系如圖3.7的電氣原理圖所示。松下松下FPX系列PLC松下GT30觸摸屏驅(qū)動驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)1步進(jìn)電機(jī)2圖3.8控制系統(tǒng)組成圖Fig．3．8Thecompositionfigureofcontrolsystem圖3.9點(diǎn)膠機(jī)電氣原理圖Fig3.9TheelectricaldiagramofAdhesiveinjectingmachine第四章點(diǎn)膠機(jī)運(yùn)動控制分析4.1點(diǎn)位控制在點(diǎn)膠過程中，點(diǎn)位控制一般用在膠槍的快速移動和手動微調(diào)上，主要是實(shí)現(xiàn)有一個位置到另一個位置的準(zhǔn)確移動，并不考慮其運(yùn)動軌跡。在本運(yùn)動控制系統(tǒng)的程序中，首先要在觸摸屏界面輸入目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，通過通信端口把一系列的目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)放在指定的PLC數(shù)據(jù)存放器中。通過計算將目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值減去起始點(diǎn)的坐標(biāo)值，可以得出起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的相距的距離，然后將此距離乘以移動單位距離步進(jìn)電機(jī)所需要的脈沖數(shù)?？梢酝ㄟ^比較目標(biāo)點(diǎn)和起始點(diǎn)的坐標(biāo)值來判斷步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，流程圖如圖4.1所示。數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理開場運(yùn)行開場運(yùn)行計算X方向所需脈沖數(shù)計算X方向所需脈沖數(shù)計算Y方向所需脈沖數(shù)計算Y方向所需脈沖數(shù)X軸電機(jī)運(yùn)行X軸電機(jī)運(yùn)行是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)是否到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)Y軸電機(jī)運(yùn)行Y軸電機(jī)運(yùn)行是是否否完畢完畢圖4.1點(diǎn)位運(yùn)動控制流程圖Fig4.1Piontmotioncontrolflowchart4.2插補(bǔ)運(yùn)動控制4.2.1插補(bǔ)概念與插補(bǔ)方法的選擇在點(diǎn)膠過程中，膠槍相對工件的基本位移量是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的一定脈沖量，因此點(diǎn)膠的運(yùn)動軌跡是由小段折線構(gòu)成的，不可能嚴(yán)格的沿著所需要的軌跡〔直線、圓弧或跑道等類型曲線〕運(yùn)動，只能用折線逼近所要求的輪廓曲線。在數(shù)控加工中，運(yùn)動軌跡的起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)和曲線方程，根據(jù)這些信息實(shí)時的計算出各個中間點(diǎn)的坐標(biāo)，通常把這個過程稱為“插補(bǔ)〞。插補(bǔ)實(shí)質(zhì)上是根據(jù)有限的信息完成數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作。要走出要求的運(yùn)動軌跡，必須控制膠槍相對工件以給定的速度沿指定的路徑運(yùn)動，即控制個坐標(biāo)軸以某一規(guī)律協(xié)調(diào)運(yùn)動。平面曲線的運(yùn)動軌跡需要兩個運(yùn)動來協(xié)調(diào)，空間曲線或立體曲面那么要求三個以上的坐標(biāo)產(chǎn)生協(xié)調(diào)運(yùn)動。插補(bǔ)運(yùn)算所采用的原理和方法很多，目前常用的各種插補(bǔ)算法大致分為兩類：〔1〕基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)又稱脈沖增量插補(bǔ)，這類插補(bǔ)算法是以脈沖形式輸出，每插補(bǔ)運(yùn)算一次，最多給每一軸一個進(jìn)給脈沖。把每次插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生的指令脈沖輸出到伺服系統(tǒng)，以驅(qū)開工作臺運(yùn)動，每發(fā)出一個脈沖，工作臺移動一個基本長度單位，也叫脈沖當(dāng)量，脈沖當(dāng)量是脈沖分配的基本單位?；鶞?zhǔn)脈沖插補(bǔ)的實(shí)現(xiàn)方法比較簡單，通常僅用加法和移位運(yùn)算方法就可以完成插補(bǔ)，因此他比較容易用PLC實(shí)現(xiàn)，而且運(yùn)算速度很快。這類插補(bǔ)算法有逐點(diǎn)比較法、最小偏差法、數(shù)字積分法、目標(biāo)點(diǎn)跟蹤法等。(2)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)又稱時間增量插補(bǔ)，這類算法插補(bǔ)結(jié)果輸出的不是脈沖，而是標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制數(shù)。根據(jù)程編進(jìn)給速度，把輪廓曲線按插補(bǔ)周期將其分割為一系列微小直線段，然后將這些微小直線段對應(yīng)的位置增量數(shù)據(jù)進(jìn)展輸出，以控制伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸的進(jìn)給。插補(bǔ)程序以一定的時間間隔運(yùn)行，在每個周期內(nèi)根據(jù)進(jìn)給速度計算出各坐標(biāo)軸在下一個插補(bǔ)周期內(nèi)的位移增量。插補(bǔ)運(yùn)算速度與進(jìn)給速度無嚴(yán)格的關(guān)系。因而采用這類插補(bǔ)算法時，可到達(dá)較高的進(jìn)給速度。在這套基于PLC的點(diǎn)膠機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)中所采用的插補(bǔ)方法是逐點(diǎn)比較法，這種方法計