摘要：以蔭罩刻蝕線(xiàn)的刻蝕腔體內(nèi)的搖擺電機(jī)控制對(duì)象為對(duì)象，采用了B&R的PCC和ACOPOS伺服控制器，對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，使搖擺腔體內(nèi)電機(jī)能快速、穩(wěn)定地跟隨設(shè)定曲線(xiàn)，并按照設(shè)定曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。PCC中PVI使PCC方便地與上位機(jī)進(jìn)行通信;PowerLink使伺服間的通信實(shí)時(shí)快速;PCC的高級(jí)編程語(yǔ)言C使PCC完成傳統(tǒng)PLC不能完成的高級(jí)應(yīng)用，如曲線(xiàn)的生成;而虛軸概念的引入更是提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。 1 簡(jiǎn)介 　　1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 　　系統(tǒng)為普通糟孔蔭罩刻蝕線(xiàn)，主要包括開(kāi)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(kāi)卷部分被拉開(kāi)，并送人刻蝕腔體。腔體刻蝕液為FeC13，與鋼帶的無(wú)光抗部分反應(yīng)，形成槽孔。第一水洗的作用為?？涛g，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(guò)程如圖1 所示。 [align=center] 圖1 刻蝕生產(chǎn)線(xiàn)工藝過(guò)程[/align] 　　刻蝕腔體部分為整個(gè)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(gè)刻蝕過(guò)程有6 個(gè)腔體，每個(gè)腔體中有上下兩對(duì)噴嘴，分別由兩臺(tái)電機(jī)控制，電機(jī)控制噴嘴來(lái)回?cái)[動(dòng)。因此整個(gè)刻蝕部分由12 臺(tái)電機(jī)組成。由于電機(jī)不斷來(lái)回?cái)[動(dòng)，這里稱(chēng)之為搖擺電機(jī)。 　　1.2 搖擺電機(jī)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)介 　　根據(jù)工藝要求電機(jī)必須按照一定軌跡運(yùn)行，而且不同的電機(jī)運(yùn)行軌跡有所區(qū)分。由于對(duì)運(yùn)行曲線(xiàn)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。 [align=center] 圖2 搖擺電機(jī)軌跡點(diǎn)設(shè)置[/align] 　　在上位機(jī)，工作人員給定一條軌跡上的16 個(gè)點(diǎn)，如圖2 所示，其中橫軸為位置，縱軸為速度。12 臺(tái)電機(jī)每臺(tái)都有一條設(shè)定的曲線(xiàn)。PCC 除了完成對(duì)電機(jī)的起動(dòng)、停止、運(yùn)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(yùn)動(dòng)，使得這個(gè)軌跡同時(shí)經(jīng)過(guò)所設(shè)定的16 個(gè)點(diǎn)，并且保證電機(jī)運(yùn)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(yùn)動(dòng)控制。之前使用東芝公司的PLC ，有擺動(dòng)不平滑的問(wèn)題，因此改用B&R 開(kāi)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(shí)時(shí)以太網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)非常高的實(shí)時(shí)控制要求。 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(xiàn)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(tái)伺服控制器，本系統(tǒng)采用Power Link IF786 及一個(gè)HUB 將12 臺(tái)電機(jī)分成兩條串聯(lián)支路進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。數(shù)字輸入模塊用于起動(dòng)、停止、緊急停止、12臺(tái)電機(jī)的Readay、找原點(diǎn)信號(hào)輸人。數(shù)字輸出用于電機(jī)運(yùn)行、電機(jī)故障、12臺(tái)電機(jī)尋找原點(diǎn)的狀態(tài)指示。 　　上位機(jī)與PCC 可以通過(guò)RS232 與以太網(wǎng)進(jìn)行通信。RS232作為編程口。以太網(wǎng)作為實(shí)時(shí)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(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)實(shí)時(shí)傳給PCC ，同時(shí)將實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置、速度、電流及故障信息傳給上位機(jī)。 [align=center] 圖3 伺服控制器與外圍連線(xiàn)[/align] 　　圖3給出了一臺(tái)電機(jī)的伺服控制器與其他硬件設(shè)備的連接圖。電機(jī)控制器采用了B&R的ACOPOS 伺服控制器。伺服控制器插入了Power Link模塊AC112，用于和前后兩臺(tái)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(cè)。ACOPOS 1090本身提供了溫度信號(hào)檢測(cè)（T+、T-），抱閘信號(hào)輸出（B-、B+） 和其他控制信號(hào)。在現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)安裝了三個(gè)光耦給定電機(jī)運(yùn)行的正向極限位置、反向極限位置和原點(diǎn)位置。在運(yùn)行前電機(jī)首先找到原點(diǎn)光耦所在位置定為O 位，然后根據(jù)設(shè)定曲線(xiàn)運(yùn)行。而正、反向極限光耦信號(hào)起到了保護(hù)作用，當(dāng)光耦給出信號(hào)時(shí)，伺服將給出極限故障信息并且停止運(yùn)行。 　　2.2 ACOPOS伺服控制方式 [align=center] 圖4 伺服控制框圖[/align] 　　ACOPOS的伺服控制如圖4 所示，大致可以分為四個(gè)部分：初始值處理、位置控制、速度控制、實(shí)際值檢測(cè)。在初始處理時(shí)，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(gè)理想的定位過(guò)程，即得出加速、恒速、減速段，不同位置時(shí)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 3 B&R PCC 軟件系統(tǒng) 　　整個(gè)軟件系統(tǒng)可分為過(guò)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(yùn)動(dòng)控制等的編程。 　　3.1 PVI通信 　　PVI是所有Windows 應(yīng)用程序訪(fǎng)問(wèn)貝加萊工業(yè)控制器的統(tǒng)一接口。使用PVI，用戶(hù)在開(kāi)發(fā)通信程序時(shí)不需要花大量時(shí)間考慮底層的通信過(guò)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(jiǎn)單的配置即可訪(fǎng)問(wèn)PCC上的變量。PVI的最大特點(diǎn)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(gè)過(guò)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(guò)程變量的映像，建立的結(jié)果是每個(gè)映像都和網(wǎng)絡(luò)中唯一的一個(gè)變量一一對(duì)應(yīng)。這個(gè)變量可以是一個(gè)基本類(lèi)型的數(shù)據(jù)，如整型變量，也可以是一個(gè)自定義類(lèi)型的數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)體變量。這個(gè)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(duì)象的話(huà)，每個(gè)映像路徑包括的對(duì)象有：基本對(duì)象（Pvi） ;線(xiàn)對(duì)象（Line） ;站對(duì)象（ Station） ;CPU對(duì)象（CPU ） ;模塊對(duì)象（Module ） ;任務(wù)對(duì)象（Task）和變量對(duì)象（Variable）。這個(gè)映射路徑由PVI Manager 統(tǒng)一管理，每個(gè)對(duì)象包含對(duì)象名，對(duì)象描述和存取參教。對(duì)象名（包括路徑）是PVI 中的名字。對(duì)象名由用戶(hù)任意確定，對(duì)象描述必須與PCC 中待映射的變量名字一樣，PVI Manager 依靠對(duì)象描述找到具體的過(guò)程變量，實(shí)現(xiàn)映象關(guān)系。存取參數(shù)包括數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明、刷新時(shí)間、事件類(lèi)型等。 　　在本系統(tǒng)中，伺服電機(jī)運(yùn)行在16 個(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)體： 　　struct MotorCommset ｛ float Position [16];//16個(gè)點(diǎn)的位置float Speed[16] ;//16個(gè)點(diǎn)的速度int MotorNumber ;//標(biāo)示當(dāng)前設(shè)置的是第幾臺(tái)電機(jī)｝ ; 　　3.2 Automation Stndio編程 　　Automation Studio為每個(gè)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(jí)編程語(yǔ)言。利用ANSIC 編寫(xiě)的語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能。在搖擺部分的電機(jī)控制中，利用了ANSIC 來(lái)實(shí)現(xiàn)曲線(xiàn)生成的功能。 　　3.2.1 對(duì)象建立 　　B&R 的伺服運(yùn)動(dòng)控制采用了面向?qū)ο蟮目刂品绞?，使用高?jí)語(yǔ)言C 針對(duì)一個(gè)伺服控制器創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)用對(duì)象ax _ obj 后，可以利用針對(duì)此運(yùn)動(dòng)對(duì)象創(chuàng)建的指針＊ p_ax_dat_，對(duì)電機(jī)完成不同的運(yùn)動(dòng)控制。 　　ncalloc（ncACP10MAN+ncPOWERLINK-IF,ACP10 NONE,ncAXIS,l,（UDINT）&ax_obj） ;每臺(tái)伺服控制器在硬件上都有一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置部分，可以設(shè)置各自表明了從軸與主軸以1000 : 1000進(jìn)行位置同步。 　　B&R 為伺服參數(shù)的上傳與下載提供了專(zhuān)門(mén)的通道，稱(chēng)之為SERVICE 通道。通過(guò)SERVICE 通道，既可以進(jìn)行單個(gè)參數(shù)的傳輸，也可以進(jìn)行參數(shù)塊的傳輸。將“autogear ”作為一個(gè)參數(shù)塊，通過(guò)SERVICE 通道下載到伺服后，虛軸與實(shí)軸的關(guān)系便建立了起來(lái)。 　　strcpy（& DataDownload .parameter.data_ modul [0]，“autogear”）//所要下載的文件名 　　p_ax_dat_>network.service.data_adr ﹦（UDINT） & DataDownload //service通道 　　ncaction （ax_obj,ncACP_PAR+ncSERVICE,nc-DOWNLOAD ）//虛軸、實(shí)軸設(shè)定下載 　　一旦主軸與從軸的關(guān)系建立起來(lái)之后，只要對(duì)虛軸參數(shù)進(jìn)行操作，實(shí)軸就會(huì)跟隨虛軸位置進(jìn)行1:1同步。而對(duì)于虛軸參數(shù)的操作同樣也可以通過(guò)SERVICE 通道進(jìn)行。 　　p_ax_dat_> network.service.request.par_ id =ACP10PAR _ CMD _ POS _ MOVE _ VAX1 //所要賦值的參數(shù) 　　p_ax_dat_> network . service . data _ adr =（UDINT ） & par _ dat //參數(shù)值 　　ncaction （ax _ obj , ncSERVICE , ncSET）//參數(shù)設(shè)置 　　3.2.3 程序設(shè)計(jì) 　　程序如圖5 所示，主要分為兩塊：一塊為總的邏輯控制部分，由梯形圖完成;另一塊為運(yùn)動(dòng)控制部分，通過(guò)C 語(yǔ)言完成。 [align=center] 圖5 程序流程圖[/align] 　　找原點(diǎn)時(shí)，電機(jī)統(tǒng)一向正向運(yùn)行，若收到原點(diǎn)信號(hào)就停下，定為O 位;若收到正向極限信號(hào)就停下然后反方向運(yùn)行，找到原點(diǎn)信號(hào)，定為0位。曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)為一個(gè)子程序，點(diǎn)與點(diǎn)之間做勻加速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)位置的判斷，對(duì)虛軸進(jìn)行加速度的切換。 4 設(shè)計(jì)結(jié)果 　　利用B&R 的PCC 的PVI 完成了與上位機(jī)的通信。利用梯形圖進(jìn)行邏輯控制啟動(dòng)、停止、故障等。而高級(jí)語(yǔ)言C ，則實(shí)現(xiàn)了曲線(xiàn)的運(yùn)用。并且在曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，實(shí)時(shí)地將速度與位置信號(hào)傳給上位機(jī)，方便實(shí)時(shí)地觀(guān)測(cè)和調(diào)整曲線(xiàn)。 　　目前，整條生產(chǎn)線(xiàn)已投入試生產(chǎn)，刻蝕效果良好。圖6為伺服電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，伺服按正向運(yùn)動(dòng)找到原點(diǎn)后開(kāi)始按到給定的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。在相鄰的兩個(gè)點(diǎn)之間采用了勻加速運(yùn)動(dòng)，按照位置進(jìn)行點(diǎn)與點(diǎn)的切換，改變各個(gè)曲線(xiàn)段的加速度。在運(yùn)行過(guò)程中上位機(jī)對(duì)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置與速度進(jìn)行隨機(jī)采樣，將采樣得到的點(diǎn)顯示在上位機(jī)界面上，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后可以看到電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的軌跡。由圖可知，實(shí)際運(yùn)行中，都經(jīng)過(guò)設(shè)定的點(diǎn)。工藝要求的誤差為2mm，而實(shí)際設(shè)計(jì)得到的結(jié)果誤差只有0.5mm，性能大大提高。在高速運(yùn)行時(shí)，如1min運(yùn)行40個(gè)周期，電機(jī)仍然運(yùn)行平穩(wěn)，而工藝上只要求15至30個(gè)周期。 [align=center] 圖6 伺服電機(jī)實(shí)際運(yùn)用曲線(xiàn)[/align] 　　采用了B&R 的PCC 使通信、控制、運(yùn)動(dòng)變得更加方便、靈活、可靠。由于B&R 的PVI 功能，使通信方便，成為一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)。利用Power - Link 實(shí)現(xiàn)了PCC 與12 臺(tái)伺服之間實(shí)時(shí)與快速的控制與傳輸。利用PCC 的高級(jí)語(yǔ)言C ，方便地實(shí)現(xiàn)了曲線(xiàn)的生成。而利用B&R 特有的虛軸的概念，更使電機(jī)的運(yùn)行平穩(wěn)可靠。