基于運動控制卡的玻璃上片機自動控制系統設計

南飛哲 祝愛萍 姜 爍

（寧夏大學 機械工程學院，銀川 750021）

基于運動控制卡的玻璃上片機自動控制系統設計

南飛哲 祝愛萍 姜 爍

（寧夏大學 機械工程學院，銀川 750021）

玻璃上片機由料架、吸片機構、翻轉機構、送片機構等部分組成，其功能是將料架上放置的玻璃經上片機搜片、吸片、提升、翻轉、送片等動作，送到下一個待加工工位。通過研究固高GTS-800-PV(G)-PCI運動控制卡的控制模式，在開環控制模式下采用Visual C++提供的Microsoft Foundation Class(MFC)進行二次開發的方法，設計具有快速、高效、高可靠性及良好開放性的全自動玻璃上片系統。

玻璃上片機 運動控制卡 VC++ 二次開發

引言

目前，在自動控制領域中，多軸控制系統主要分為3類，基于PLC的多軸定位控制系統，基于PC_based的多軸控制系統和基于總線的控制系統。由于PC機在各種工業現場的廣泛應用，先進控制理論和DSP技術實現手段的并行發展，各種工業設備的研制和改造急需一個運動控制模塊的硬件平臺，為了滿足新型數控系統的標準化、柔性化、開放性等要求，使基于PC和運動控制卡的伺服系統備受青睞[1]。為實現玻璃深加工中自動上片、磨邊、打孔等工序的一體化控制，設計了基于固高GTS-800-PV(G)-PCI運動控制卡，使用VC++ MFC應用程序的玻璃上片機自動控制系統。

1 系統構成與工作原理

該全自動玻璃上片系統將放置在料架上的玻璃經過搜片、吸盤吸片、氣缸翻轉、送片等動作及待加工玻璃送至下一個加工工位。

1.1 機械結構

機械系統結構包括：支架、水平導軌、垂直導軌、翻轉機構、吸片機構和移動料架。該運動系統有X軸、Y軸兩個導軌，還有一個可以90°翻轉的吸盤，可在X軸、Y軸兩個方向自由運動。導軌均采用伺服電機驅動齒輪齒條的傳動方式，每個導軌上有正負限位開關，型號為歐姆龍HL-5000，原點信號傳感器和玻璃感應信號傳感器，型號為中滬電子ZLJ-A8-2APA，通過行程開關控制翻轉機構角度，型號為亞德客CS1-F020，真空上限采用松下的數字壓力傳感器（Panasonnic DP-100）控制。系統總體結構如圖1所示。

圖1 上片機結構圖

1.2 電氣控制總結構

玻璃上片機的電氣控制部分主要分為信號輸入模塊、計算機控制核心和運動控制模塊三個部分。圖2為上片機控制機構示意圖。計算機通過控制板卡采集并處理限位報警、電源保護、急停開關、臺面翻轉位置、臺面光電感應，吸盤真空上限等信號。同時，又要控制X、Y兩軸運動、翻轉機構、吸盤機構、真空泵后氣缸動作。

圖2 上片機控制結構示意圖

1.3 運動控制模塊

圖3 運動控制模塊示意圖

系統主要由四部分組成：工業控制計算機、運動控制卡、伺服驅動器和伺服電機。系統選用的是聯想計算機，GTS-800-PV(G)-PCI運動控制卡，安川公司的交流伺服驅動器及伺服電機，驅動器型號為SGDV-120A01A，驅動器適配電機型號為SGMGV-13ADC6C。系統的構成如圖3所示。上位控制單元由工控機和運動控制卡一起組成，板卡插在工控機主板上的PCI插槽內。計算機的主要作用是系統監督管理，軟、硬件參數設置及人機交互。驅動器控制模式采用位置控制，控制信號輸入電路采用差分輸入專用電路，指令脈沖輸入方式為脈沖+方向。伺服驅動器接收到運動控制卡發出的指令脈沖，通過內部的PWM逆變電路控制電機的運轉，并接收電機上的編碼器反饋信號，調整對電機的控制，如此構成一個半閉環的交流伺服控制系統[2-3]。

1.4 上片過程

操作前，按照系統提示先回原位，選擇自動/手動旋鈕，下面以選擇自動狀態為例，介紹整個系統的工作過程。點擊“運行”按鈕后，X方向以速度V1運動到取料位置，吸盤翻轉成90度狀態，Y方向以速度V3向下運動到取料位置，X方向以速度V2開始搜片，當臺面光電感應到玻璃后，吸盤開始抽真空到真空上限，Y方向以速度V4向上提升20mm，延時2s，Y方向再以速度V5上升至運片高度，吸盤翻轉至0度狀態，判斷空置工位，X方向以速度V1運動到放料位置，Y方向以速度V5運動到放料高度，真空停止同時吸盤開始吹氣，玻璃落在放料位置，Y方向以速度V3運動到運料高度。吸盤取料時，為確保每次只吸穩一片玻璃，所以在Y方向有一個向上提升20mm后延時2s的動作，主要起分離作用。如果沒有停止信號，系統按照以上過程循環操作。在任何時候輸入停止信號，系統將暫停在當前位置，輸入開始信號后，將繼續完成動作[4-5]。運動控制流程圖如圖4所示。

圖4 運動控制流程圖

2 軟件實現

目前，仍在使用的半自動上片系統，主要由人員使用操作手柄來完成搜片、吸片、翻轉、送片等一系列動作，除自動化程度低影響加工效率外，其每一個動作需要不同按鈕控制，操作極不方便，另外，無論搜片、送片過程，電機只有一個轉速。在本系統中，通過使用GTS卡提供的C語言函數庫和Windows動態鏈接庫，將相關控制函數與本系統中數據處理、界面顯示用戶接口等應用程序模塊集成在一起，實現上位機運行指令的發送、I/O測試、手動測試及控制器實時信息的反饋的功能。通過預先設置工作參數（料架位置、搜片位置、搜片終點位置、放片位置和高度等位置參數），可自動生成工作路徑，并保存在臨時文件中。同時，還可以設定工藝參數，如加速度、減速度和速度等參數，通過將空行程的速度設置高一些，將搜片和送片的速度設置低一些，既能提高加工效率，又能保證安全生產。

受廠家之托，我們設計了集自動上片與玻璃磨邊處理于一體化的上位機軟件。系統上位機軟件系統總體框圖如圖5所示[6]。

圖5 上位機軟件系統總體框圖

圖6 用戶操作界面

針對玻璃磨邊機的全自動玻璃上片機用戶界面如圖6所示，主要由菜單欄、工具欄、狀態欄和主監控界面組成[7]。工具條上的按鈕提供菜單命令的快捷操作，所有按鈕都能在菜單中找到對應的菜單命令。同時，每個按鈕都提供了冒泡提示，以方便不熟悉本系統的用戶快速掌握軟件方法。狀態欄實時顯示系統工作狀態，X、Y方向具體位置及其他輔助信息。主監控區為操作人員提供一個工作流程的動態監控。

3 結論

玻璃取片機自動控制系統，通過對X軸伺服電機、Y軸伺服電機，氣缸和真空泵的控制，實現了搜片、吸片、翻轉、送片、放片的動作。利用Visual C++提供的微軟基礎類庫MFC及控制卡支持的底層函數庫，對GTS-800-PV(G)-PCI運動控制卡進行二次開發得到系統的控制軟件，整個控制軟件能實現回原位，自動上片，手動上片，停止，運動狀態的顯示，輸入輸出及軸信號的實時監控，手動測試，系統參數和工作參數的設置等功能。該玻璃上片系統除具有快速、高效、高可靠性等特點外，由于GTS-800-PV(G)-PCI運動控制卡可同時控制8個軸，自帶IO擴展功能，還具有良好的開放性，可通過必要的開發，實現上片機與玻璃切割機、玻璃磨邊機及更多玻璃深加工機構的一體控制，因此，可以廣泛應用于玻璃加工工藝的其他方面。

[1]周祖德，魏仁選，陳幼平.開放式數控系統的現狀趨勢與對策[J].中國機械工程，1999，（10）：1090-1093.

[2]高煊，何廣平.基于VC++的四軸運動控制卡軟件系統開發研究[J].制造技術與機床，2009，（6）：24-27.

[3]豆丁網.AC伺服驅動器Σ-V系列用戶手冊[EB/OL].（2013-06-24）[2015-10-15]. http://www.docin.com/p-669930039. html.

[4]固高科技（深圳）有限公司.GTS系列運動控制器編程手冊[Z].2013：15-24.

[5]固高科技（深圳）有限公司.GTS系列運動控制器用戶手冊[Z].2010：51-58.

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[7]尹立民，王興東.Visual C++6.0應用編程150例[M].北京：電子工業出版社，2004：72-74.

表1 合成電阻測量數據表

從表1分析可得，實際電阻值和目標電阻值最大誤差優于1.5‰Fs。

通過分析可知，誤差主要由電流檢測電阻兩端的差分放大電路引入的。因此，提高輸入電流測量準確度是改進合成電阻準確性的一個重要因素。

4 結語

實驗驗證了該合成電阻可以在0.02～2Ω范圍內合成所需要的電阻，相對誤差低于2‰。具有體積小、精度高的特點。可以結合某些工業總線制造成標準工業產品，適用于多種便攜式的測試要求。

參考文獻

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[2]徐民.一種可調合成電阻的設計[J].計量裝置及應用，2009，（1）.

Abstract:From the two aspects of hardware design and software design of design of the constant current mode of precision synthesis of res istance, and fluke 8508a digital multi-purpose meter synthetic res istance module, draws a conclus ion that the actual resistance values a nd target resistance value maximum error is less than 1.5% F S, measuring accuracy of input current is a n important factor in improving the accuracy of the synthetic resistance.

Key words:precision synthetic res istance,hardware design,software design

The Design of Glass Auto Loading System with Motion Control Card

NAN Feizhe ,ZHU Aiping,JIANG Shuo
(School of Mechanical Engineering,NingXia University,YinChuan 750021)

The automatic system of the glass loading machine consists of a rack,a vacuum pumping mechanism,a oventurn mechanism, a convey mechanism etc.The function of the system is to seatch,vacuum,lift,overturn,vonvey the glasses on the rack to the next position.The thesis studies the way of utilizing MFC provided by Visual C++ to make secondly exploitation based on Openloop mode of motion control card.Designed a m ore faster, more efficient,more dependable and better open automatic system of glass loading.

glass l oading machine,motion control card, control mode,VC++,secondly exploitation

Design of a Precision Synthetic Resistance

HAN Yuqiang,XU Jin,HU Chao
(China Engineering Physics Re search Institute of measurement and Testing Center,Mianyang 621000)