基于PCI-1240板卡的漏嘴漏板自動裝配控制

劉艷，高長水

(南京航空航天大學 機電學院， 江蘇 南京 210016)

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基于PCI-1240板卡的漏嘴漏板自動裝配控制

劉艷，高長水

(南京航空航天大學 機電學院， 江蘇 南京 210016)

摘要：以漏嘴漏板自動裝配機構為研究對象，設計開發其控制系統，完成漏板漏嘴自動裝配機構的自動化控制，用于提高漏板漏嘴自動裝配的效率和精度，同時改善工作環境。設計了由PC和PCI-1240運動控制板卡為主要控制器，實現xyz和z軸的控制；并輔助選用PLC可編程邏輯控制器，應用于氣動、反饋和報警控制。同時利用Visual Basic構建了人機友好界面，控制該系統能夠準確自動裝配，從而實現漏嘴漏板的精確裝配。

關鍵詞：PCI-1240； 運動控制； 數控加工

0引言

池窯漏板是玻璃纖維生產中重要的工藝裝置，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格(最小直徑為2.3mm)，漏嘴分布密度高(最小間距僅2mm)等特點[1]，漏嘴一般由鉑銠合金或鉑銠合金基彌散強化材料制成。目前漏嘴漏板裝配都是由人工分揀漏嘴，手工定位，通過簡單機械結構手動裝在底板上。裝配速度低,裝配工時占漏板加工工時的1/3，且裝配精度低，滿足不了市場的批量生產需求。因此漏嘴漏板裝配的自動化亟待提高。在滿足加工過程和精度的要求上，設計了一套漏板漏嘴自動裝配設備，如圖2所示。在此基礎上設計了由PCI-1240運動控制板卡、PLC和PC機組成的控制系統，PC機為上位機，它通過運動控制卡和PLC來實現漏板的自動定位和漏嘴裝配過程中的實時控制。

圖1　漏板

圖2　自動裝配設備

1硬件實現

1.1　裝配過程

漏嘴漏板裝配過程分為2個階段：1) 進給階段。運動控制卡接收到數控程序后控制x、y、z軸運動，直到位置傳感器返回x、y、z軸移動到的指定位置以及z’軸下移到的指定位置后停止運動，并將信息反饋給PLC；2) 加工階段。PLC接收信號，控制氣動執行機構將漏嘴輸送到位后，反饋信號給PLC，接下來PLC控制z’軸上的氣動執行機構將漏嘴沖壓至漏板所對應的孔上，并反饋信號給運動控制板卡，控制卡控制z’軸上移一定距離，防止與前一個漏嘴干涉。此時本次裝配周期完成，判斷裝配是否全部完成，進入下一裝配周期，循環。另外更換漏板時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運動控制卡

“工控 PC 機 + 運動控制卡”是一種用于 PCI 運動控制的經濟型解決方案。以 PC 機為主控制器，運動控制卡作為從機，通過自定義的命令通信協議，實現位置與速度的精確控制[2]。工控 PC 機負責人機交互界面的管理、控制系統的實時監控；運動控制卡完成運動控制的各項要求。通過調用 PCI-1240 的高級 DLL驅動程序，較容易鏈接到VC ++ ，Visual Basic 或 BCB，實現對運動函數庫的二次開發。

1.3　PCI-1240與伺服電機連接

運動控制板卡與電機接線圖，如圖4所示，實現了對漏板所在工作臺的位置閉環控制，以及相關的限位開關和接近開關的信號接收處理。采用CW/CCW脈沖輸入方式控制連線；SRV-ON接板卡OUT4口，控制伺服電機接通；接近開關接板卡的IN1口，當IN1口接收到高低電平變化后，在RR4寄存器中可讀取其變化，同時反饋給板卡和PLC；正負限位開關和回零開關接板卡相對應的端口；外加DC24V電源，為控制信號供電；其中伺服電機中的報警和急停開關接PLC上，保證系統安全，快速反應。另外，訊號線必須遠離強大電磁源如電源線、大型電動馬達、線路開關或焊接機具，因為他們可能造成強大的電磁干擾；為避免壞境噪音過大，應使用雙絞線連接伺服電機。

圖4　線路轉接圖

2軟件實現

2.1　DLL函數介紹

PCI-1240運動控制板卡提供強大的動態鏈接庫(DLL)，方便用戶自主開發適合需求的控制程序和反饋監控。其中包括兩軸直線、圓弧連續插補，連續或點對點運動，自動回原點以及8種中斷模式和實時監測讀取寄存器值等多種控制函數。控制系統在windows系統下用VisualBasic進行上位機界面的開發控制和反饋監測，實現自動直線精確進給和報警急停。

2.2　控制要求

如圖1所示，由于一塊漏板上有800-4000個不等數量的孔，加工要求x,y軸的重復精度為0.2mm,漏嘴與漏板的垂直精度要求為0.1mm。根據生產率要求(60個/min)，即在一秒鐘之內完成一個漏嘴的裝配過程：包括x、y、z軸的進給，漏嘴輸送，和漏嘴的沖壓。其中x、y軸的下一次準確進給在前一次沖壓完成后立即進行，在沖頭完成動作后抬起同時觸發接近開關發送指令信號到控制器，上位機實時讀取到信號后按指令控制伺服電機運動。

為了實現上述自動化裝配過程且滿足精度的要求，采用將漏板CAD圖樣保存為DXF文件，讀取其中關鍵尺寸和位置信息的方法，將其最終數據轉化為PCI-1240控制板卡可識別的板卡語言，從而完成不同位置準確進給且連續的過程控制。

2.3　運動控制實現

軟件系統是整個運動控制系統的靈魂，軟件編譯的可讀性和可識別性直接影響控制系統的速度和連續性[4]。

a)VB讀取數據庫信息

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據庫中。VB連接數據庫按順序讀取位置信息，并轉化為PCI-1240控制板卡能夠識別的加工路徑。利用VB中ADOBE控件連接數據庫。

獲取表中的記錄數：

Recordcnt=myRecondset.Recordcount

移動記錄指針：

myRecondset.MoveFirst‘移動到表的第一條記錄’

myRecondset.MoveLast‘移動到表的最末一條記錄’

myRecondset.MovePrevious‘移動到表的上一條記錄’

由于已經將加工順序和加工位置記錄在數據庫中，只要將加工移動距離換算為脈沖數即可。在文中，只涉及直線運動路徑。

脈沖當量δ=0.005,絲杠導程為8mm，即絲杠轉一圈需要向控制器發送1600脈沖。當加工路徑沿x軸走5mm，即向控制器發送1000脈沖，y軸同理。當加工路徑為直線時，計算出xy軸脈沖數，進行直線插補。

b)VB實現數控進給和加工

首先調用P1240MotDevAvailable(BYTEbyBoard_ID)和P1240MovDevOpen(BYTEbyBoard_ID) 兩個函數初始化PCI-1240運動板卡。軟件控制流程如圖5所示。在初始化完成后，控制電機實現第一點的定位，同時啟動Timer定時器。設定定時器100ms循環掃描RR4寄存器中IN1口電位信號變化與否。判斷P1240GetInput返回值和IN1口未變化前的數值比較。不同時，則執行P1240MotLine到下一個指定位置。

圖5　軟件流程圖

DeclareFunctionP1240MotLine(ByValBidAsByte,_

ByValaxisAsByte,_

ByValRAAsByte,_

ByValPosXAsLong,_

知識建模是知識共享與重用的基礎，是進行知識管理的關鍵，對航空制造業領域知識的分類是對其所包含知識進行管理的基礎，可為從事本行業的人提供理論指導，以使紛繁復雜的知識得以依類整理，各有歸屬，從而建立起次序化、規范化、系統化的知識世界。本文從航空制造業領域知識分類入手建立面向知識層面的多層次、多維度的航空制造業領域知識表達模型[1]，為航空制造業領域知識管理系統的構建奠定基礎。對航空工業進行快速高效的設計制造生產活動起著至關重要的作用。

ByValPosYAsLong,_

ByValPosZAsLong,_

ByValPosUAsLong)AsLong

若下一點為x軸運動5mm,y軸運動2mm,重點程序如下：

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結語

建立了一套漏嘴漏板裝配控制系統，該系統用PC機作為上位機，運動控制卡和PLC作為下位機，實現漏嘴漏板精確高效裝配，并在VB環境中實現界面友好和實時監測，完成漏板漏嘴數控進給的運動要求，改善原手動加工的精度差，效率低的缺陷。

參考文獻:

[1] 周偉. 拉絲漏板自動焊接機器人系統開發[D]. 南京：南京航空航天大學.

[2] 李穎，譚立新． 基于PC和運動控制卡的開放式運動控制系統[J]． 儀表技術，2007( 4) : 43-45.

[3] 張智明, 梅順齊. 基于PCI- 1240 的伺服電機控制系統研究[J]. 機電產品開發與創新,2006,19(2):124-125.

[4]VisualBasic從入門到精通[M]. 北京：清華大學出版社.

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

中圖分類號：TP278

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)02-0185-03

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

收稿日期：2014-11-21