自动涂胶机伺服控制系统的研制

自动涂胶机伺服控制系统的研制
吴荣兵,杜润生,熊　烽
(华中科技大学,湖北武汉430074)
摘要:以工控机为核心,应用研华三轴运动控制卡PCL839,研制了一种简单易行的涂胶机伺服控制系统。

该系统在生
产实践中得到了检验,成本低,适应性好,取得了显著的效果。

关键词:多轴运动控制卡;伺服控制系统;自动涂胶机
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2004)7-050-2
Development of Servocontrol System on Auto -coater of Sealant
W U Rong -bing ,DU Run -sheng ,XI ONG Feng
(Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China )
A bstract :Based on a general PC ,applying the 3-axis high speed steppin g motor control card PCL 839,the servocontrol system on an
auto -coater of sealant was developed .The application shows that this s ystem has the characteristic of low cost and good adaptability .
Keywords :Multi -axes motion control card ;Servocontrol system ;Auto -coater of sealant
0　引言
本文根据基于组件技术的开放式数控系统的原理,结合某厂涂胶机床的数控改造项目,提出了一种简易的基于多轴运动控制卡的伺服控制系统结构。

该系统在工程实践中被证明是切实可行的,达到了较好的生产效果。

并且,该伺服控制系统结构对同类机床的数控改造具有一定的借鉴意义。

1　涂胶机的设计方案1.1　涂胶机的加工对象及要求
涂胶机主要用于汽车车门防护塑层涂胶,在防护塑层的表面沿着二维线条图形喷涂密封沾胶。

在加工过程中,胶枪在防护塑层上匀速运动,胶从胶枪喷嘴中喷出,以胶带的形式涂在工件表面的确定位置上,要求喷涂在工件上的胶带具有均匀一致的截面形状及尺寸。

如图1所示,图中模板上的粗黑线即为要求涂上胶带的区域。

图1　单涂胶图形模板
由于汽车车门随着汽车整体设计而变化,因此防护塑层的形状也不是固定的,需要涂胶机具有能够加工不同二维图形的能力,以适应不同的生产需要。

1.2　涂胶机的设计方案
涂胶机床的工作台平面图如图2所示。

工作台实际要求尺寸为工作台面上1300mm (X )×1100mm (Y );最大工作速度6m /min ;图形精度0.01mm 。

涂胶用的胶枪安装在Y 轴上,由电机通过传动机构驱动,使它在工作台平面上走出二维图形轨迹。

供胶系统采用专用热挤胶系统,可实现流量的连续稳定输送,胶枪的启闭由涂胶机控制系统自动控制。

涂胶机床传动方式为伺服电机驱动丝杠传动,并且在丝杠的非电机驱动端采用双滑块支撑的结构,如图3所示,该结构可以增强传动杆的刚性,减少传动
振动带来的影响,使工作状况趋于稳定,避免出现胶枪抖动的现象。

另外,为了增强新涂胶机的市场适应能力,减少厂家的投入,拟增强控制系统的软件功能,设计一个涂胶图形代码输入接口,使其能够方便的加工不同的涂胶图形。

2　伺服控制系统的组成
控制系统采用工控机结合研华的P CL 839三轴高速运动控制卡组成,通过伺服电机驱动器和伺服电机对胶枪的位置进行半闭环控制。

PCL839三轴控制卡可以同时对三根轴的运动进行独立的控制,比较适合应用于与本项目类似的场合。

系统的硬件结构配置原图4　伺服控制系统硬
件配置原理图理如图4所示。

工控机采用通用PC ,它作为高端用户的操作介面和控制中心,主要负责控制信号、状态信号的接收、处理和发布,
并完成必要信息在人机接口上的显示;PCL 839控制
卡在系统中主要完成以下的功能:
(1)利用它的16位数字输入/输出通道,将它作为伺服控制系统中工控机与系统其他部分之间的通讯桥:负责接收各个轴的状态信号,送到工控机进行综合处理;接收工控机发送过来的控制信号,并发送到各个指示灯以控制它们的明灭;选择一些需要显示的参量信息送至工控机,在人机界面上显示,以在运动控制的过程中提供人机交互的必要信息;
(2)接收工控机发送过来的控制信号,通过内部
译码器将这些信号转换成脉冲信号的频率和个数分别发送至相应的伺服电机驱动器,从而驱动并控制X 轴和Y轴的伺服电机的运转。

伺服电机通过联轴节带动丝杠分别控制X轴和Y轴,在数控系统软件的控制下实现联动,使胶枪按照设定图形轨迹涂胶。

控制系统软件采用Visual Basic6.0编程实现。

系统软件具有两个层次,包括主模块和硬件驱动、界面显示、读入涂胶图形代码、手动工作、自动工作、系统报警等模块。

第一个层次是硬件的驱动层,它包括硬件驱动模块和硬件出错报警等模块。

它主要针对系统中的硬件,以实际的硬件设备为对象,在系统启动的时候,对驱动系统中的多轴运动控制卡设定伺服电机驱动器的初始状态,并在硬件出错的时候发出报警信号。

这个层次所要达到的目的,就是使控制系统的硬件设备对于系统“上层”控制软件来说是透明的,使伺服控制系统具有一定的开放性。

第二个层次,也就是系统的上层控制软件,它负责收集机床硬件系统的各种状态信息,及PCL839各个I/O口的状态,并具体的实现机床X、Y轴的各种速度、位置控制,进而实现对胶枪的控制等,它主要包括主模块和界面显示、读入图形代码、手动工作、自动工作等模块。

该层相对来说是一个具有一定通用性的层次,它只是发出各种功能控制指令,完成各种信息的综合处理,而不管系统硬件是如何实现这些功能的。

系统的硬件对它来说是透明的。

读入涂胶图形代码模块负责读入数控代码,并将其转换成PCL839可以接受的数据形式送到该卡。

用户操作的时候,只需选择相应的数控代码文件,即可实现对不同涂胶图形的加工,大大提高了新的涂胶机的生产适应能力。

涂胶机的工作方式有手动和自动两种。

手动方式包括点动,步进以及回零等,主要用于手动调整涂胶机胶枪位置。

自动工作方式包括单侧循环和负侧循环两种工作方式,是正常生产的时候采取的工作方式。

控制系统软件自动工作方式下的程序流程如图5所示。

3　
结论
图5　数控系统软件涂胶加工工作流程图
利用基于运动控制卡的开放式数控系统控制原理,选取研华工控的PCL839三轴运动控制卡,采用工控机构建了一套简易的自动涂胶机床伺服控制系统。

该系统硬件结构简单,成本低,实用性高,适应性好。

投入实际生产近四个月以来,运行状况良好,消除了以前旧式涂胶机的一些问题,运行期间没有出现大的故障。

原有的涂胶机涂胶工作时间为涂大片80s,涂小片45s。

改造后的涂胶机每大片涂胶时间为54s,小片31s,加上工人放置塑料片件的时间,可以分别达到每60s和35s一片,工作效率分别提高了25%和22.2%,取得了显著的效果,为该厂创造了较大的经济效益,基本解决了困扰工厂许久的生产压力,获得了良好的效果。

这种简单而易于实现的伺服控制系统结构,对于其他类似的产品而言,也具有一定的借鉴意义。

参考文献
【1】PCL839USER'S MANUAL,ADVANTECH.
【2】叶蓓华.数字控制技术.北京:清华大学出版社, 2003.
【3】王吉芳,郭桂兰,王锡俊.模块化自动涂胶机的研制.
制造技术与机床,2002(3).
作者简介:吴荣兵,男,华中科技大学机械学院机械电子信息工程系硕士研究生。