基于PCI-1240板卡的漏嘴漏板自動(dòng)裝配控制

劉艷，高長(zhǎng)水

(南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院， 江蘇 南京 210016)

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基于PCI-1240板卡的漏嘴漏板自動(dòng)裝配控制

劉艷，高長(zhǎng)水

(南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院， 江蘇 南京 210016)

摘要：以漏嘴漏板自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)其控制系統(tǒng)，完成漏板漏嘴自動(dòng)裝配機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化控制，用于提高漏板漏嘴自動(dòng)裝配的效率和精度，同時(shí)改善工作環(huán)境。設(shè)計(jì)了由PC和PCI-1240運(yùn)動(dòng)控制板卡為主要控制器，實(shí)現(xiàn)xyz和z軸的控制；并輔助選用PLC可編程邏輯控制器，應(yīng)用于氣動(dòng)、反饋和報(bào)警控制。同時(shí)利用Visual Basic構(gòu)建了人機(jī)友好界面，控制該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確自動(dòng)裝配，從而實(shí)現(xiàn)漏嘴漏板的精確裝配。

關(guān)鍵詞：PCI-1240； 運(yùn)動(dòng)控制； 數(shù)控加工

0引言

池窯漏板是玻璃纖維生產(chǎn)中重要的工藝裝置，用于玻璃原料的熔融和玻璃纖維的拉絲成型，形狀為底部帶有漏嘴(孔數(shù)一般為800～4000)的槽形容器，漏板如圖1所示，漏板具有底板薄(1.5mm)，漏嘴小且具有多種規(guī)格(最小直徑為2.3mm)，漏嘴分布密度高(最小間距僅2mm)等特點(diǎn)[1]，漏嘴一般由鉑銠合金或鉑銠合金基彌散強(qiáng)化材料制成。目前漏嘴漏板裝配都是由人工分揀漏嘴，手工定位，通過(guò)簡(jiǎn)單機(jī)械結(jié)構(gòu)手動(dòng)裝在底板上。裝配速度低,裝配工時(shí)占漏板加工工時(shí)的1/3，且裝配精度低，滿足不了市場(chǎng)的批量生產(chǎn)需求。因此漏嘴漏板裝配的自動(dòng)化亟待提高。在滿足加工過(guò)程和精度的要求上，設(shè)計(jì)了一套漏板漏嘴自動(dòng)裝配設(shè)備，如圖2所示。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了由PCI-1240運(yùn)動(dòng)控制板卡、PLC和PC機(jī)組成的控制系統(tǒng)，PC機(jī)為上位機(jī)，它通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡和PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)漏板的自動(dòng)定位和漏嘴裝配過(guò)程中的實(shí)時(shí)控制。

圖1　漏板

圖2　自動(dòng)裝配設(shè)備

1硬件實(shí)現(xiàn)

1.1　裝配過(guò)程

漏嘴漏板裝配過(guò)程分為2個(gè)階段：1) 進(jìn)給階段。運(yùn)動(dòng)控制卡接收到數(shù)控程序后控制x、y、z軸運(yùn)動(dòng)，直到位置傳感器返回x、y、z軸移動(dòng)到的指定位置以及z’軸下移到的指定位置后停止運(yùn)動(dòng)，并將信息反饋給PLC；2) 加工階段。PLC接收信號(hào)，控制氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將漏嘴輸送到位后，反饋信號(hào)給PLC，接下來(lái)PLC控制z’軸上的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將漏嘴沖壓至漏板所對(duì)應(yīng)的孔上，并反饋信號(hào)給運(yùn)動(dòng)控制板卡，控制卡控制z’軸上移一定距離，防止與前一個(gè)漏嘴干涉。此時(shí)本次裝配周期完成，判斷裝配是否全部完成，進(jìn)入下一裝配周期，循環(huán)。另外更換漏板時(shí)z軸需要上移做較大距離。其控制框圖如圖3所示。

圖3　控制框圖

1.2　PCI-1240運(yùn)動(dòng)控制卡

“工控 PC 機(jī) + 運(yùn)動(dòng)控制卡”是一種用于 PCI 運(yùn)動(dòng)控制的經(jīng)濟(jì)型解決方案。以 PC 機(jī)為主控制器，運(yùn)動(dòng)控制卡作為從機(jī)，通過(guò)自定義的命令通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)位置與速度的精確控制[2]。工控 PC 機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理、控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；運(yùn)動(dòng)控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制的各項(xiàng)要求。通過(guò)調(diào)用 PCI-1240 的高級(jí) DLL驅(qū)動(dòng)程序，較容易鏈接到VC ++ ，Visual Basic 或 BCB，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)的二次開(kāi)發(fā)。

1.3　PCI-1240與伺服電機(jī)連接

運(yùn)動(dòng)控制板卡與電機(jī)接線圖，如圖4所示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)漏板所在工作臺(tái)的位置閉環(huán)控制，以及相關(guān)的限位開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)接收處理。采用CW/CCW脈沖輸入方式控制連線；SRV-ON接板卡OUT4口，控制伺服電機(jī)接通；接近開(kāi)關(guān)接板卡的IN1口，當(dāng)IN1口接收到高低電平變化后，在RR4寄存器中可讀取其變化，同時(shí)反饋給板卡和PLC；正負(fù)限位開(kāi)關(guān)和回零開(kāi)關(guān)接板卡相對(duì)應(yīng)的端口；外加DC24V電源，為控制信號(hào)供電；其中伺服電機(jī)中的報(bào)警和急停開(kāi)關(guān)接PLC上，保證系統(tǒng)安全，快速反應(yīng)。另外，訊號(hào)線必須遠(yuǎn)離強(qiáng)大電磁源如電源線、大型電動(dòng)馬達(dá)、線路開(kāi)關(guān)或焊接機(jī)具，因?yàn)樗麄兛赡茉斐蓮?qiáng)大的電磁干擾；為避免壞境噪音過(guò)大，應(yīng)使用雙絞線連接伺服電機(jī)。

圖4　線路轉(zhuǎn)接圖

2軟件實(shí)現(xiàn)

2.1　DLL函數(shù)介紹

PCI-1240運(yùn)動(dòng)控制板卡提供強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)，方便用戶自主開(kāi)發(fā)適合需求的控制程序和反饋監(jiān)控。其中包括兩軸直線、圓弧連續(xù)插補(bǔ)，連續(xù)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)回原點(diǎn)以及8種中斷模式和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)讀取寄存器值等多種控制函數(shù)。控制系統(tǒng)在windows系統(tǒng)下用VisualBasic進(jìn)行上位機(jī)界面的開(kāi)發(fā)控制和反饋監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)直線精確進(jìn)給和報(bào)警急停。

2.2　控制要求

如圖1所示，由于一塊漏板上有800-4000個(gè)不等數(shù)量的孔，加工要求x,y軸的重復(fù)精度為0.2mm,漏嘴與漏板的垂直精度要求為0.1mm。根據(jù)生產(chǎn)率要求(60個(gè)/min)，即在一秒鐘之內(nèi)完成一個(gè)漏嘴的裝配過(guò)程：包括x、y、z軸的進(jìn)給，漏嘴輸送，和漏嘴的沖壓。其中x、y軸的下一次準(zhǔn)確進(jìn)給在前一次沖壓完成后立即進(jìn)行，在沖頭完成動(dòng)作后抬起同時(shí)觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)發(fā)送指令信號(hào)到控制器，上位機(jī)實(shí)時(shí)讀取到信號(hào)后按指令控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述自動(dòng)化裝配過(guò)程且滿足精度的要求，采用將漏板CAD圖樣保存為DXF文件，讀取其中關(guān)鍵尺寸和位置信息的方法，將其最終數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為PCI-1240控制板卡可識(shí)別的板卡語(yǔ)言，從而完成不同位置準(zhǔn)確進(jìn)給且連續(xù)的過(guò)程控制。

2.3　運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)

軟件系統(tǒng)是整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的靈魂，軟件編譯的可讀性和可識(shí)別性直接影響控制系統(tǒng)的速度和連續(xù)性[4]。

a)VB讀取數(shù)據(jù)庫(kù)信息

讀取AutoCAD中DXF文件所提供的繪圖信息，在安排好加工路徑后存入在數(shù)據(jù)庫(kù)中。VB連接數(shù)據(jù)庫(kù)按順序讀取位置信息，并轉(zhuǎn)化為PCI-1240控制板卡能夠識(shí)別的加工路徑。利用VB中ADOBE控件連接數(shù)據(jù)庫(kù)。

獲取表中的記錄數(shù)：

Recordcnt=myRecondset.Recordcount

移動(dòng)記錄指針：

myRecondset.MoveFirst‘移動(dòng)到表的第一條記錄’

myRecondset.MoveLast‘移動(dòng)到表的最末一條記錄’

myRecondset.MovePrevious‘移動(dòng)到表的上一條記錄’

由于已經(jīng)將加工順序和加工位置記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，只要將加工移動(dòng)距離換算為脈沖數(shù)即可。在文中，只涉及直線運(yùn)動(dòng)路徑。

脈沖當(dāng)量δ=0.005,絲杠導(dǎo)程為8mm，即絲杠轉(zhuǎn)一圈需要向控制器發(fā)送1600脈沖。當(dāng)加工路徑沿x軸走5mm，即向控制器發(fā)送1000脈沖，y軸同理。當(dāng)加工路徑為直線時(shí)，計(jì)算出xy軸脈沖數(shù)，進(jìn)行直線插補(bǔ)。

b)VB實(shí)現(xiàn)數(shù)控進(jìn)給和加工

首先調(diào)用P1240MotDevAvailable(BYTEbyBoard_ID)和P1240MovDevOpen(BYTEbyBoard_ID) 兩個(gè)函數(shù)初始化PCI-1240運(yùn)動(dòng)板卡。軟件控制流程如圖5所示。在初始化完成后，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)第一點(diǎn)的定位，同時(shí)啟動(dòng)Timer定時(shí)器。設(shè)定定時(shí)器100ms循環(huán)掃描RR4寄存器中IN1口電位信號(hào)變化與否。判斷P1240GetInput返回值和IN1口未變化前的數(shù)值比較。不同時(shí)，則執(zhí)行P1240MotLine到下一個(gè)指定位置。

圖5　軟件流程圖

DeclareFunctionP1240MotLine(ByValBidAsByte,_

ByValaxisAsByte,_

ByValRAAsByte,_

ByValPosXAsLong,_

知識(shí)建模是知識(shí)共享與重用的基礎(chǔ)，是進(jìn)行知識(shí)管理的關(guān)鍵，對(duì)航空制造業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的分類(lèi)是對(duì)其所包含知識(shí)進(jìn)行管理的基礎(chǔ)，可為從事本行業(yè)的人提供理論指導(dǎo)，以使紛繁復(fù)雜的知識(shí)得以依類(lèi)整理，各有歸屬，從而建立起次序化、規(guī)范化、系統(tǒng)化的知識(shí)世界。本文從航空制造業(yè)領(lǐng)域知識(shí)分類(lèi)入手建立面向知識(shí)層面的多層次、多維度的航空制造業(yè)領(lǐng)域知識(shí)表達(dá)模型[1]，為航空制造業(yè)領(lǐng)域知識(shí)管理系統(tǒng)的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。對(duì)航空工業(yè)進(jìn)行快速高效的設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)活動(dòng)起著至關(guān)重要的作用。

ByValPosYAsLong,_

ByValPosZAsLong,_

ByValPosUAsLong)AsLong

若下一點(diǎn)為x軸運(yùn)動(dòng)5mm,y軸運(yùn)動(dòng)2mm,重點(diǎn)程序如下：

PrivateSubTimer1_Timer()

Consta= 254

DimbAsInteger

ShowErrorP1240GetInput(currentboard,X_Axis,value)

b=value

Ifa<>bThen

ErrCode=P1240MotLine(currentboard,X_Axis,Y_Axis, 0, 1000, 400, 0, 0)

EndIf

EndSub

3結(jié)語(yǔ)

建立了一套漏嘴漏板裝配控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)用PC機(jī)作為上位機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制卡和PLC作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)漏嘴漏板精確高效裝配，并在VB環(huán)境中實(shí)現(xiàn)界面友好和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，完成漏板漏嘴數(shù)控進(jìn)給的運(yùn)動(dòng)要求，改善原手動(dòng)加工的精度差，效率低的缺陷。

參考文獻(xiàn):

[1] 周偉. 拉絲漏板自動(dòng)焊接機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D]. 南京：南京航空航天大學(xué).

[2] 李穎，譚立新． 基于PC和運(yùn)動(dòng)控制卡的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[J]． 儀表技術(shù)，2007( 4) : 43-45.

[3] 張智明, 梅順齊. 基于PCI- 1240 的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)研究[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新,2006,19(2):124-125.

[4]VisualBasic從入門(mén)到精通[M]. 北京：清華大學(xué)出版社.

Research on Control System of Assembling Bushing Based on PCI-1240

LIU Yan, GAO Chang-shui

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of

Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)

Abstract:With the outomatic assembly equipment of the discharge spout as object of study, its control system is desiged to improve its efficiency, accuracy and working environment. The main controller with PC and PCI-1240 motion cards is used to controlx,y,zaxes and it is used with the PLC programmable logic controller for the pneumatic feedback and alarm control.

At the same time. VB is used in this system to build the friendly man-machine interface. The worktable feed is controlled automatically to do the accarete assembly of the discharge spout.

Keywords:PCI-1240; move control; NC machining

中圖分類(lèi)號(hào)：TP278

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-5276(2015)02-0185-03

作者簡(jiǎn)介：劉艷(1988-)，女，江蘇南京人，碩士研究生，研究方向：機(jī)電一體化。

收稿日期：2014-11-21