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        SMC6480運動控制器在鋰電池焊接上的應用
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         SMC6480運動控制器與傳統PLC運動控制系統相比在編程靈活性、插補性能及成本控制方面具有極大優勢:其不但具有PLCI/O邏輯控制功能,而且不需要任何擴展模塊即可實現高精度直線插補、圓弧插補、螺旋插補等軌跡控制。本文通過一個鋰電池焊接機運動控制系統的案例,詳細介紹了采用SMC6480運動控制器通過BASIC程序控制多軸復雜軌跡的方法。

        關鍵詞運動控制器、BASIC程序、電池焊接

         運動控制器的特點

              SMC6480運動控制器是雷賽公司自主研發的基于10/100M以太網的通用型獨立式運動控制器,可支持多個控制器和PC機組成運動控制系統;也可應用于各種單工位自動化設備上。

             本控制器可控制4個步進或伺服電機,具有軌跡控制、網絡控制等高級功能。基于FPGA的硬件結構,確保SMC6480控制器實現運動控制的高性能和系統運行的穩定性。運動控制算法及控制模塊如:直線插補、圓弧插補、指令脈沖速度控制、原點及限位等信號的檢測處理,均由運動控制器完成。

         BASIC指令集的特點

              SMC6480運動控制器采用雷賽公司自主開發的BASIC指令集編寫用戶的控制程序,通過簡單的編程、參數設定即可開發出穩定可靠、高性能、高速連續軌跡運動控制系統。該指令集具有如下優點:

        1.簡單易學:基本的程序指令和Visual BASIC兼容;電機控制指令十分簡單。和常用的PC機編程語言相比,該指令集具有統一變量類型、動態參數識別等特點,使用更加靈活。

        2.交互性強:程序為解釋執行方式,可以實時交互控制,用戶可以隨時了解程序執行的狀態。

        3.實時多任務:可以同時運行6個子任務,所以具有強大的實時多任務處理功能。

        4. 中斷響應:定時器信號、通用數字輸入信號、限位信號可作為中斷源,中斷處理程序使控制器的響應速度更快。

         電池焊接機的運動軌跡

        某客戶電池焊接機要求焊接電池端面頂部跑道形軌跡,產品外形如圖1、圖2所示。焊接軌跡如3所示

                                   

        1 電池產品外形一                                                    2 電池產品外形二

        3 焊接軌跡圖

        該電池焊接機的機械結構很特殊:X軸上固定Y軸,Y軸上固定U軸;電池工裝固定在U軸上;激光焊接頭水平固定,如圖4所示。在焊接過程中焊接頭始終保持和焊縫垂直的狀態。

        4 焊接機俯視圖

        在運動控制器的控制之下,電池運動的位置如圖5所示變化,先是C1位、然后是C2C3C4C5C6位。

        5 運動軌跡俯視圖

        如圖6所示,電池的運動可以分解為XY軸的圓弧插補運動和U軸的旋轉運動;即U軸的軸心OU繞圓心點O做圓弧插補運動;同時,電池繞U軸的軸心OU做旋轉運動。當圓弧插補運動的圓心角a和電池繞U軸的轉角b相等時,相當于電池繞圓心O做旋轉運動。

        6 運動軌跡分析

        電池焊縫上的點P0運動到Pmn)處的軌跡方程為:

        m = R sin a

        n = R cos a

        其中R為圖6中的線段OP

        顯然,該軌跡就是復合運動所產生的圓弧。在SMC6480運動控制器的BASIC程序中,調用螺旋插補命令,該復合運動就可以十分簡單地完成。

         電池焊接機的硬件結構

        設備控制系統硬件結構圖如圖7所示。客戶通過以太網從PC機下載BASIC程序至SMC6480運動控制器;機器正常運行時,不需要PC機參與工作。觸摸屏通過串口與SMC6480交換信息、顯示控制器的運動狀態,接收操作者的指令。

        7 設備硬件系統結構圖

        五  焊接機BASIC程序

        電池外形尺寸如圖8所示,觸摸屏界面如圖9所示。

        8 焊接軌跡圖

        9 觸摸屏界面

        BASIC程序代碼如下:

        auto:                                                 ’開機自動運行程序

        Dim  speed1                                     ’定義速度變量

         

        FLASH_READ 1, speed1                ’讀取已儲存在Flash中的速度值

        modbus_reg(2) = speed1                  ’將讀取的速度值顯示在觸摸屏上

        run_state = 1                                    定義運動狀態:1停止,2運行

        out(1,0)                                            ’初始化輸出口1

        out(3,0)                                            ’初始化輸出口3

        while 1

        if  in(1) = 1 then                                 觸摸屏的啟動按鈕按下

        if run_state = 1 then

        stop 1

        run 1, runtask                                     ’啟動任務1runtask

        end if

        else

        if  in(4) = 1 then                                  觸摸屏的回零按鈕按下

        if  run_state = 1 then

        homemove                                         ’運動平臺回原點

        end if

        else

        if  modbus_bit(0) = 1  then                  觸摸屏的保存參數按鈕按下

        modbus_bit(0) = 0

        speed1= modbus_reg(2)

        FLASH_WRITE 1, speed1                  ’將速度參數保存到FLASH

        end if

        end if

        end if

        wend

        end

         

        runtask:                                                 ’運行

        run_state =2

        out(3,0)                                                運動完成信號置零

        out(1,1)                                                ’開激光

        base(0,1,2)

        VSPEED = speed1                               ’設定當前坐標系插補軌跡速度

        pmoveabs(100,100)                              ’按絕對坐標點位運動到起始點

        wait idle                                                 ’等待軸停止

        move(1000,0)                                        ’直線插補,相對運動到(1000,0)

        wait idle                                                 ’等待軸停止

        MHELICAL(-1000,0,-500,0,1,100,1)  ’螺旋插補,XY軸順時針、相對運動半個圓、

                                                                     ’同時U軸轉180度;

                                                                     ’U軸設定為每100個脈沖對應180

        wait idle                                                 ’等待軸停止

        move(1000,0)                                        ’直線插補,相對運動到(1000,0)

        wait idle                                                  ’等待軸停止

        MHELICAL(-1000,0,-500,0,1,100,1)   ’螺旋插補,XY順時針相對運動半個圓、

                                                                      ’同時U軸轉180

         

        wait idle                                                  ’等待軸停止,整個軌跡結束

        out(1,0)                                                  ’關激光

        run_state = 1

        out(3,1)                                                  運動完成信號輸出

        end

         

        程序中幾個關鍵指令解釋如下:

        1.PMOVEABS

        語法:PMOVEABS( position1, position2, position3, position4 )

        描述:點位運動

        參數:position ii個軸運動坐標

        2.MOVE

        語法:MOVE( distance1 ,distance2 ,distance3 ,distance4 )

        描述:直線插補運動

        參數:distance ii個軸運動距離

        3.MHELICAL

        語法:MHELICAL(end1,end2,centre1,centre2,direction,distance3,mode)

        描述:螺旋插補運動,第一軸和第二軸進行圓弧插補,第三軸相對于一、二軸的圓弧角做比例運動

        參數:end1第一個軸終點坐標

        end2第二個軸終點坐標

        centre1第一個軸圓心坐標,相對與起始點

        centre2第二個軸圓心坐標,相對與起始點

        Direction0-逆時針,1-順時針

        distance3第三個軸運動距離

        Mode0-第三軸參與速度計算;1-第三軸不參與速度計算

         

         總結

        綜上所述,我們可以看出,和PLC相比SMC6480運動控制器具有運動控制功能多、處理I/O信號能力強、性價比高等優點;而且采用BASIC編程十分簡單、方便,很容易上手;使用SMC6480運動控制器可以輕而易舉地完成各種自動化設備的復雜運動控制。

        作者簡介

        聶國強  ,工程師 2007年河北工程大學自動化專業畢業,現在深圳從事自動化技術研發工作。

          男, 博士,高級工程師 1998年華中理工大學機械學院畢業,現在深圳從事自動化技術研發工作。


         

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