• 貝加萊 PCC 及ACOPOS 伺服在刻蝕線上的應(yīng)用———貝加萊 PCC 及ACOPOS 伺服在刻蝕線上的應(yīng)用
    貝加萊工業(yè)自動化(上海)有限公司

    1 簡介

    1 . 1 系統(tǒng)簡介
       
      系統(tǒng)為普通糟孔蔭罩刻蝕線,主要包括開卷部分、刻蝕腔體部分、第一水洗部分、電解剝離部分、最終水洗部分和最后的烘干及撕邊部分。

      表面有光致抗刻蝕劑的成卷鋼帶,在開卷部分被拉開,并送人刻蝕腔體。腔體刻蝕液為FeC13 , 與鋼帶的無光抗部分反應(yīng),形成槽孔。第一水洗的作用為停刻蝕,將蔭罩表面的FeC13 均勻地完全去除。剝離部分用于剝離鋼帶表面的光抗,剝離液為NaOH 。最終水洗除去鋼帶表面的NaOH 和雜質(zhì)。烘干部分烘干鋼帶表面的水分,防止生銹。之后鋼帶進(jìn)人撕邊機(jī),撕去蔭罩四周的廢邊??涛g生成的工藝過程如圖1 所示。

    圖1 刻蝕生產(chǎn)線工藝過程

      刻蝕腔體部分為整個系統(tǒng)的關(guān)鍵,其刻蝕的效果直接影響到產(chǎn)品的合格率。整個刻蝕過程有6 個腔體,每個腔體中有上下兩對噴嘴,分別由兩臺電機(jī)控制,電機(jī)控制噴嘴來回擺動。因此整個刻蝕部分由12 臺電機(jī)組成。由于電機(jī)不斷來回擺動,這里稱之為搖擺電機(jī)。

    1 . 2 搖擺電機(jī)運動簡介
       
      根據(jù)工藝要求電機(jī)必須按照一定軌跡運行,而且不同的電機(jī)運行軌跡有所區(qū)分。由于對運行曲線的高要求,搖擺電機(jī)的控制選用了B&R 的PCC 及ACOPOS 伺服控制器。
       
      在上位機(jī),工作人員給定一條軌跡上的16 個點,如圖2 所示,其中橫軸為位置,縱軸為速度。12 臺電機(jī)每臺都有一條設(shè)定的曲線。PCC 除了完成對電機(jī)的起動、停止、運行等邏輯控制外,主要的功能就是控制電機(jī)按一定的軌跡運動,使得這個軌跡同時經(jīng)過所設(shè)定的16 個點,并且保證電機(jī)運行的平穩(wěn)。由于要求快速響應(yīng)和高控制精度,搖擺部分使用同步伺服電機(jī)進(jìn)行運動控制。之前使用東芝公司的PLC ,有擺動不平滑的問題,因此改用B&R 開發(fā)的高性能控制器PCC 。PCC 在控制器中使用嵌人式操作系統(tǒng),且設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)采用實時以太網(wǎng),可以實現(xiàn)非常高的實時控制要求。

    圖2 搖擺電機(jī)軌跡點設(shè)置

    2  B&R PCC 及ACOPOS 伺服

    2 . 1 B&R PCC 硬件配置

      搖擺部分采用了B&R 2005 , 2005 系列CPU 是B&R 第四代控制系統(tǒng)SG4 ,采用的是Intel 處理 器,包括了電源模塊、CPU 模塊、數(shù)字輸入輸出模塊。其中CPU 的PCI 總線插槽中插人了Power Link 網(wǎng)絡(luò)適配器。若采用PowerLink 串聯(lián),最多只能串聯(lián)10 臺伺服控制器,本系統(tǒng)采用Power  Link IF786 及一個HUB 將12 臺電機(jī)分成兩條串聯(lián)支路進(jìn)行實時控制。數(shù)字輸人模塊用于起動、停止、緊急停止、12 臺電機(jī)的Readay 、找原點信號輸人。數(shù)字輸出用于電機(jī)運行、電機(jī)故障、12 臺電機(jī)尋找原點的狀態(tài)指示。

      上位機(jī)與PCC 可以通過RS232 與以太網(wǎng)進(jìn)行通信。RS232 作為編程口。以太網(wǎng)作為實時通信口,用于數(shù)據(jù)的上傳與下載。將上位機(jī)設(shè)定的運動曲線實時傳給PCC ,同時將實際運動位置、速度、電流及故障信息傳給上位機(jī)。

      圖3 給出了一臺電機(jī)的伺服控制器與共他硬件設(shè)備的連接圖。電機(jī)控制器采用了B&R 的ACOPOS 伺服控制器。伺服控制器插人了Power Link 模塊AC112 ,用于和前后兩臺伺服控制器相連;AC122 為旋轉(zhuǎn)編碼器模塊,用于電機(jī)的速度與位置檢測。ACOPOS 1090 本身提供了溫度信號檢測(T +、T 一),抱閘信號輸出(B 一、B + ) 和其他控制信號。在現(xiàn)場,同時安裝了三個光耦給定電機(jī)運行的正向極限位置、反向極限位置和原點位置。在運行前電機(jī)首先找到原點光耦所在位置定為O 位,然后根據(jù)設(shè)定曲線運行。而正、反向極限光耦信號起到了保護(hù)作用,當(dāng)光耦給出信號時,伺服將給出極限故障信息并且停止運行。

    圖3 伺服控制器與外圍連線

    2 . 2 ACOPOS 伺服控制方式

      ACOPOS 的伺服控制如圖4 所示,大致可以分為四個部分:初始值處理、位置控制、速度控制、實際值檢測。在初始處理時,根據(jù)給定的位置及最大允許速度和最大允許加速度,給出一個理想的定位過程,即得出加速、恒速、減速段,不同位置時的速度也相應(yīng)得到。位置控制主要有比例調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)限制p _ max 、積分限制i _ max 和積分調(diào)節(jié)。比例調(diào)節(jié)后的值為k* △s ,若k* △s > p _ max ,則v_ p ﹦P _ max ;若k* △s ﹤﹣p _ max ,則v _ P = ﹣p max 。同理i _ max 用干限制積分調(diào)節(jié)值,v _i 。速度調(diào)節(jié)為一般的PI調(diào)節(jié)得到控制電流值送入矢量控制器,對電機(jī)進(jìn)行控制。而電機(jī)的實際位置通過編碼器得到。

    圖4 伺服控制框圖

    3  B&R PCC 軟件系統(tǒng)

      整個軟件系統(tǒng)可分為過程可視化接口(PVI ) 和Automation Studio。PVI 用于與上位機(jī)的通信,Automation Studio 則用于PCC 的邏輯控制與運動控制等的編程。

    3 . 1 PVI 通信
       
      PVI 是所有Windows 應(yīng)用程序訪問貝加萊工業(yè)控制器的統(tǒng)一接口。使用PVI ,用戶在開發(fā)通信程序時不需要花大量時間考慮底層的通信過程,也不需要調(diào)用復(fù)雜而繁瑣的Winsock API 函數(shù),只需 在邏輯結(jié)構(gòu)上進(jìn)行簡單的配置即可訪問PCC 上的變量。PVI 的最大特點就是能夠使用程序直接操作PCC 任務(wù)中的變量,因此必須給每一個過程變量在PVI Manager 中的映射指定唯一的路徑。

      PVI 通信的核心任務(wù)是建立過程變量的映像,建立的結(jié)果是每個映像都和網(wǎng)絡(luò)中唯一的一個變量一一對應(yīng)。這個變量可以是一個基本類型的數(shù)據(jù),如整型變量,也可以是一個自定義類型的數(shù)據(jù),如結(jié)構(gòu)體變量。這個映像包含了從應(yīng)用程序所在工作站到變量所在任務(wù)的路徑信息。如果把控制器和模塊也當(dāng)作通信中對象的話,每個映像路徑包括的對象有:基本對象(Pvi ) ;線對象(Line ) ;站對象( Station ) ; CPU 對象(CPU ) ;模塊對象(Module ) ;任務(wù)對象(Task )和變量對象(Variable)。這個映射路徑由PVI Manager 統(tǒng)一管理,每個對象包含對象名,對象描述和存取參教。勸象名(包括路徑)是PVI 中的名字。對象名由用戶任意確定,對象描述必須與PCC 中待映射的變量名字一樣,PVI Manager 依靠對象描述找到具體的過程變量,實現(xiàn)映象關(guān)系。存取參數(shù)包括數(shù)據(jù)類型說明、刷新時間、事件類型等。
        在本系統(tǒng)中,伺服電機(jī)運行在16 個位置的速度是確定的,位置和速度均可以在上位機(jī)上設(shè)置,然后發(fā)送至PCC 。將這些數(shù)據(jù)封裝為一個結(jié)構(gòu)體:

      struct MotorCommset { float Position [16];//16 個點的位置  float Speed [16] ;//16 個點的速度  int MotorNumber ;//標(biāo)示當(dāng)前設(shè)置的是第幾臺電機(jī)};

    3 . 2 Automation Stndio 編程

      Automation Studio 為每個應(yīng)用與程序提供了多種編程方法。包括:梯形圖LAD ,指令表IL ,結(jié)構(gòu)文本ST ,順序功能圖SFC , AB , ANSIC 。其中ANSIC 是使用于新一代Automation Studio 的功能強(qiáng)大的高級編程語言。利用ANSIC 編寫的語言可以實現(xiàn)更高級的功能。在搖擺部分的電機(jī)控制中,利用了ANSIC 來實現(xiàn)曲線生成的功能。

    3.2.1 對象建立

      B&R 的伺服運動控制采用了面向?qū)ο蟮目刂品绞?,使用高級語言C 針對一個伺服控制器創(chuàng)建一個運用對象ax _ obj 后,可以利用針對此運動對象創(chuàng)建的指針* p _ ax _ dat _ ,對電機(jī)完成不同的運動控制。

      ncalloc ( ncACP10MAN + ncPOWERLINK 一IF , ACP10 NONE , ncAXIS , l , ( UDINT ) & ax _ obj ) ;

      每臺伺服控制器在硬件上都有一個節(jié)點設(shè)置部分,可以設(shè)置各自的節(jié)點號。在命令ncalloc 中通過不同的ACP10_ NODE 可以為不同的伺服創(chuàng)建各自的運動對象。

    3.2.2 虛軸
       
      在ACOPOS 的伺服中,針對每一臺伺服而創(chuàng)建的運動對象,都有一個假想的軸,稱之為虛軸。這個虛軸跟實軸一樣一方面能夠作為從軸,跟著主軸完成同步軌跡。另一方面也能作為主軸,讓其他軸參與同步。由于虛軸的引人,使得一個伺服也能夠和自己的虛軸發(fā)生同步關(guān)系,即電機(jī)運行時以自己的虛軸作為主軸,實軸跟隨虛軸同步。

      這里伺服要完成曲線運動,在

     
     
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