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基于运动控制卡的喷涂机控制系统设计
Source: 站外   Time: 2007-08-22

引言

    近年来,随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用,面向工业自动化控制的数控系统的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术,它的发展使机械化和自动化有机的结合在一起。

    针对目前涂装行业的特殊需求,以前以人工喷涂为主的生产模式逐渐转化为自动喷涂。自动喷涂具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险等特点,因此这种自动喷涂模式已受到许多行业的重视,并越来越广泛地得到了应用。

    针对自动喷涂的特点,为了完成数字化控制,研制和开发了基于工业计算机和运动控制卡Adt836的底层控制系统。采用这样的集成运动控制卡,简化整个控制系统的硬件电路结构,提高系统的可靠性和控制精度。

    系统组成

    主要有Adt-TP104控制器,辅助接线端子,基于DOS开发的喷涂机软件控制系统组成。

    控制器内置Adt836运动控制卡,它是深圳市众为兴数控技术有限公司研发,基于PC104总线的高性能六轴伺服/步进控制卡,位置可变环形,可在运动中随时改变速度,具有直线,圆弧,连续差补等功能。速度控制可采用定速和直线/S曲线加减速,可做非对称直线加减速,可自动/手动减速,在定量驱动时可防止速度曲线产生的三角波形。具有48路数字输入,32路数字输出。

    控制器支持RS233通讯,可方便程序下载更新,数据备份。
    系统组成框图如图1所示:
 
    图1 系统组成框图

 


系统组成框图


工作原理

    针对图1的框图说明其工作原理,由运动控制器发出脉冲指令给伺服或步进控制单元,驱动电机动作。最大的输出脉冲频率为4MHz。在驱动过程中,如果检测到外部的停止信号则控制器立即发出停止脉冲输出的操作。如果在驱动过程中,系统检测到硬件限位信号,则立即停止驱动,从而保证机械系统的安全性。进行喷涂操作时,通过控制器向外部发出一个输出信号,从而控制喷枪的开关。

    至于发多少个脉冲,以及运动过程中需要检测信号,控制哪个输出操作,都可以通过软件来方便实现。836控制卡的脉冲输出是共阳极、“脉冲+方向”或“脉冲+脉冲”的接线方式。 图2-4示出连接方式。
 
    图2运动控制卡的接线方式

 

运动控制卡的接线方式

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    图3数字输入的连接

 

数字输入的连接

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    图4数字输出的连接

 

数字输出的连接


软件设计

    软件系统采用教导式编程方式,用户只要将机械对应的轴移动到所要的位置,控制系统会自动记忆此处的坐标,对于一个待加工的工件,教导时可以根据工件的形状来确定加工的轨迹,简单举例如图5所示:
 
    图5加工路线

 

加工路线

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    如果要按照图5所示,A-B-C-D-E的路线加工,则教导数据时首先将运动轴运动到A处,然后记下此处的坐标,接着移动轴到B处,记下此处的坐标,那么系统就会根据两点成线的法则自动形成一条从A到B的线段,其他的照此就可以完成。对于每段的速度可单独设定,这样保证喷涂的效果,因有的地方需要喷的油漆较多,那么就可以慢速运动,有的地方要求油漆少,就可以快速运动。可调的速度保证了喷涂的效果同时也保证机械在运动时不会有太大的振动。当然也可以采用往复式的喷涂,对喷涂的工件重复喷涂,以求好的喷涂效果。如果所喷涂的工件有圆弧的形状,如图6所示:
 
    图6圆弧加工路线

 

圆弧加工路线

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    那么教导数据时只要记下圆弧开始点的A坐标,任意中间点的B坐标,圆弧结束点的C坐标,则系统根据三点成圆弧的规则,自动会形成一个圆弧的轨迹。至于是顺时针圆弧或者逆时针,系统会根据使用者教导数据的顺序自动进行判定。

    至于喷涂时的轨迹不一定要做标准的直线段,也可以是如图7所示的直线轨迹。
 
    图7直线段轨迹

直线段轨迹

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折线段轨迹

  图8所示的M形折线段。具体看喷涂的工艺要求。因为是采用教导式的编程方式,用户可以随心所欲的指定加工轨迹。对于空间的圆弧,教导数据时可以将空间圆弧拆分为多段小空间直线来完成,因Adt836卡具有六轴直线差补功能。当然对于喷涂来讲,细分的线段不需要十分的短小。


以上是对于教导的轨迹作以简单的说明分析,实际加工时可能有气缸之类的操作,有时候需要检测气缸到位的信号(当然也可能是其他外部检测信号),同时在哪个点处开喷枪,哪个点处关喷枪,这些都要在教导数据时完成。教导数据采用的表格式编程,类似与Excel表格,在对应的“输入”和“输出”类输入您要检测或执行输出操作的端口号,系统会在加工运行时自动检测输入信号,有输出操作的便执行相应的输出操作。

    当然实际喷涂时由于本身喷枪的雾化和扇形功能,喷涂时形成一个大的雾化面,所以有时不需要教导的轨迹一定要是工件的形状,由于表格的操作非常的简便,插入,删除,复制,修改都可以使用,当教导完毕后,可以试运行,不理想的地方可以使用上述的编辑功能重新修订数据。

    坐标说明

    系统采用机械原点作为系统的参考坐标系,对于六轴的系统,每个轴都要有个原点信号。那么在教导数据时首先要回原点。回原点时系统检测到原点信号后,坐标系对应各轴的坐标计为0,以后各轴的运动坐标都参考这个坐标系。

    为更有效的编辑教导数据,在软件设计时采用了教导+指令的编程模式,用户可以教导几行数据,利用跳转,循环指令就可以完成多次的往复喷涂操作,也采用了类 Windows的复制粘贴功能,可将一整块数据复制到指定的位置。再配合插入,删除,修改等编辑操作方便快速的实现加工数据的教导工作。

    结语

    本文介绍了基于Adt836运动控制卡的Adt-TP104控制器在喷涂系统中的设计,这种控制器的体积小,响应速度快、操作简单,可视化的人机界面操作起来非常方便,目前已在涂装行业占有一席之地,随着技术的不断提升进步,将会在涂装行业的到越来越广泛的应用。

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