DMC300A運(yùn)動控制器在鎢絲繞線機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：利用科瑞特自動化DMC300A運(yùn)動控制器對步進(jìn)電機(jī)控制的高效加速、高速運(yùn)行、高精準(zhǔn)的直線插補(bǔ)功能，實(shí)現(xiàn)了高速繞線機(jī)的控制需求；利用DMC300A控制器的寄存器器指令、運(yùn)算指令，實(shí)現(xiàn)了繞線機(jī)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(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行時狀態(tài)信息的顯示需求。

　　關(guān)鍵詞：DMC300A運(yùn)動控制器 步進(jìn)電機(jī) 繞線機(jī) 直線插補(bǔ) 科瑞特自動化；

　　1.   引言

　　二十一世紀(jì)以來，各類科學(xué)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dá)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(shí)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(yùn)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(yùn)動控制器，功能強(qiáng)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(jìn)電機(jī)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(shí)踐，無論生產(chǎn)效率、產(chǎn)品合格率、設(shè)備運(yùn)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(yùn)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(qiáng)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(yīng)，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(bǔ)，每軸帶兩個硬件限位點(diǎn)；

　　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(biāo)準(zhǔn)的梯形加速曲線；

　　l         人機(jī)交互便捷：內(nèi)嵌鍵盤模塊、128×64點(diǎn)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(jìn)行便捷的二次編程，對于非標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)，完全優(yōu)越于G代碼編程；

　　l         編程方便：可在PC機(jī)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(jī)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。控制系統(tǒng)構(gòu)成包括：專用數(shù)控控制器、交流電機(jī)、200線編碼器、86系列步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器各一套；

　　控制原理：交流電機(jī)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(yù)先設(shè)置的參數(shù)，將編碼器脈沖數(shù)字過濾接入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，完成步進(jìn)電機(jī)對排線的控制。

　　現(xiàn)實(shí)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(dāng)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(jī)（步進(jìn)電機(jī)）速度太低；步進(jìn)電機(jī)是一種剛性的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動電路一般采用開環(huán)控制，因此步進(jìn)電機(jī)只能以較低速啟動，并經(jīng)加速逐步達(dá)到較高的運(yùn)行速度，否之，步進(jìn)電機(jī)將出現(xiàn)丟步的現(xiàn)象，進(jìn)而失去控制；

　　原系統(tǒng)對排線步進(jìn)電機(jī)的控制是通過被動地對接收到的編碼器脈沖進(jìn)行數(shù)字濾波，該編碼脈沖在設(shè)備運(yùn)行時由于繞線電機(jī)的勻速運(yùn)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(jī)亦由低速啟動，對于排線電機(jī)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(dá)到一個較高的速度，因此在此中情況下，系統(tǒng)勉強(qiáng)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(dá)到滿足步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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(yīng)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(jìn)電機(jī)進(jìn)行直線插補(bǔ)，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(bǔ)的情況下，可以控制步進(jìn)電機(jī)在500毫秒左右的時間加速至3000轉(zhuǎn)/分鐘。

　　去掉交流電機(jī)和編碼器，改為兩軸步進(jìn)系統(tǒng)，通過直線插補(bǔ)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(bǔ)；對于分段間隔繞線，有多少則設(shè)幾段直線插補(bǔ)；實(shí)際應(yīng)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(zhǔn)直線插補(bǔ)性能，實(shí)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)/分）、CAP長度、CAP圈數(shù)、GAP長度、GAP圈數(shù)；

　　顯示功能：運(yùn)行中顯示當(dāng)前CAP長度、圈數(shù)，GAP長度、圈數(shù)；

　　啟停控制：“Run”接地有效時運(yùn)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(jìn)行檢測判斷，如果發(fā)生斷線，系統(tǒng)停止工作；

　　5.   電機(jī)控制功能的實(shí)現(xiàn)

　　實(shí)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動器采用32細(xì)分，即控制器發(fā)6400個脈沖，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，排線30mm；繞線軸步進(jìn)電機(jī)啟動驅(qū)動器采用8細(xì)分，即控制器發(fā)1600個脈沖，電機(jī)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(bǔ)運(yùn)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(bǔ)時，兩個運(yùn)動軸的運(yùn)動距離由GAP/CAP段、兩個電機(jī)總的運(yùn)動圈數(shù)、根據(jù)驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)計算決定；（GAP 段：GAP圈數(shù)S0012，GAP長度 S0001 ）

　　       MOVM   M20, S12

　　       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(shí)現(xiàn)GAP段運(yùn)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(shí)現(xiàn)CAP段運(yùn)動；

　　6.   參數(shù)設(shè)置的實(shí)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(jìn)行設(shè)置。即DMC300A控制器待機(jī)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(yīng)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、S0002、S0004、S0004

　　（下載圖片時對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(shí)現(xiàn)

　　應(yīng)用DMC300A控制器實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)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(diǎn)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(dāng)?shù)牡胤讲迦爰纯伞?/FONT>