PCB壓合智能控制系統(tǒng)的構(gòu)成與應(yīng)用

白金鑫，解建年，唐 平，楊海濤

（鼎勤科技（深圳）有限公司，廣東深圳 518000）

1 PCB壓合智能控制系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

PCB 壓合系統(tǒng)是由一系列的子系統(tǒng)共同構(gòu)建而成，其系統(tǒng)的組成有：壓合機(jī)系統(tǒng)、工藝底板、工藝蓋板、工藝鋼板、銅箔疊配輸送系統(tǒng)。在眾多的子系統(tǒng)中，壓合機(jī)系統(tǒng)是獨立的DCS，該系統(tǒng)由4個子系統(tǒng)組成，分別是底板輸送系統(tǒng)，工藝蓋板輸送系統(tǒng)，工藝鋼板清洗輸送系統(tǒng)以及銅箔和鋼板的輸送系統(tǒng)。兩層PLCPROFIBUS 總線上聯(lián)接著多臺變頻器和觸摸屏，這樣的結(jié)構(gòu)可以提升整體系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時大大節(jié)省布線的成本，另外還能節(jié)省許多I/O 點。系統(tǒng)的構(gòu)成如下。

（1）主站S7-300，主要負(fù)責(zé)銅箔、鋼板疊配輸送系統(tǒng)的信息采集和運動控制，它收集各子系統(tǒng)通信模塊所傳送過來的信息，同時又收集工位上具體有關(guān)銅箔和鏡板規(guī)格、內(nèi)層和成品的代碼等數(shù)據(jù)資料。接著以總控工控機(jī)的PQ20橋接模塊作為紐帶，把所有相關(guān)信息統(tǒng)一輸送至總控工控機(jī)進(jìn)行信息加工。

（2）從站工藝底板輸送系統(tǒng)部分S7-200，其功能是維持運送、精準(zhǔn)定位。通過PROFIBUS 總線把收集到的底板傳輸路線和工位上的具體工作狀態(tài)信息，準(zhǔn)確穩(wěn)定地傳送至主站內(nèi)進(jìn)行處理。正因為如此，主站可以在任何時刻都準(zhǔn)確掌握各子系統(tǒng)的運作情況。

從站內(nèi)，許多I/O 信號不進(jìn)入主站是通過從站S7-200來進(jìn)行信息的處理的。比如，有些用于控制運動的傳感器的程序是通過從站S7-200來設(shè)定的。同時考慮到主站與從站的設(shè)備位置距離，因此，在站與站之間（S7-200和主站S7-300之間）信息的交換工作需要PROFIBUS 總線的有機(jī)銜接來完成，以保證數(shù)據(jù)有效的交換，這樣的操作能夠極大地節(jié)約鋪設(shè)電纜的經(jīng)濟(jì)成本。

（3）從站工藝鏡板清洗輸送系統(tǒng)的S7-200負(fù)責(zé)分解成品、清洗磨刷鋼板、儲存并且有效輸送。通過PROFIBUS 總線及時向主站反映最新的系統(tǒng)運作情況，另外，I/O 信號由從站進(jìn)行信息處理，從站負(fù)責(zé)設(shè)定傳感器的控制程序。為了有效降低系統(tǒng)運作的成本，數(shù)據(jù)的交流通過PROFIBUS 總線完成。

（4）從站工藝蓋板輸送系統(tǒng)的S7-200的作用是完成對工藝蓋板的卸料和上料操作，同時完成定位和信息的傳輸工作，通過PROFIBUS 總線把詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)具體的運行狀態(tài)傳送至主站，由主站統(tǒng)一分析處理。這里需要注意的是I/O 信號需要通過從站來解決，從站負(fù)責(zé)設(shè)定傳感器程序，解決出現(xiàn)的問題，同樣考慮到設(shè)備間的位置距離，由PROFIBUS 總線來完成信息的傳輸，這樣省下了一大筆運行費用。

（5）從站（彩色觸摸屏）的功能是清楚的顯示人工手動的操作情況和智能化數(shù)據(jù)設(shè)定情況下的動態(tài)控制情況。

（6）總控工控機(jī)也同樣可以當(dāng)做從站使用，總控可以顯示相關(guān)系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)，也可以及時將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計由三部分組成：主站軟件、從站軟件（3個）和總控工控機(jī)軟件。

1.2.1 主站軟件

S7-300的硬件組態(tài)、DP 地址和從站的字節(jié)地址、數(shù)據(jù)收集、程序轉(zhuǎn)發(fā)以及程序控制。

（1）S7-300的相關(guān)硬件，它的運作不需要額外編設(shè)通訊程序，基于PROFIBUS 總線，只需要輸入對應(yīng)的DP 地址和操作相適應(yīng)的有關(guān)內(nèi)容就行。

（2）從站（3個S7-200）收集系統(tǒng)運行中的相關(guān)動態(tài)信息和所有數(shù)據(jù)，從站S7-200與主站S7-300保持通訊狀態(tài)，主站的相關(guān)數(shù)據(jù)信息是通過EM277模塊從主站傳輸?shù)綇恼镜模@就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚪Y(jié)構(gòu)。其中，S7-200的程序內(nèi)的V0.0～V3.7可以看作是從站向從站輸送數(shù)據(jù)的輸入點，V4.0～V7.7可以看作S7-200向S7-300主機(jī)輸送信息數(shù)據(jù)的輸出點，不管是Q*.*，還是I*.*，都可以看作是S7-300向S7-200的數(shù)據(jù)輸出，或者是S7-200向S7-300的數(shù)據(jù)輸出。

（3）總控工控機(jī)軟件通過PROFIBUS-DP 把所有收集到的信息數(shù)據(jù)存儲進(jìn)總控工控機(jī)的SQL 2000數(shù)據(jù)庫。

1.2.2 從站（工藝底板輸送系統(tǒng)）軟件

該軟件是工藝底板順利輸送及精準(zhǔn)定位的控制程序，負(fù)責(zé)接收來自主站發(fā)送的指令并且把各個工位的具體狀況發(fā)送給主站，它還能把工藝底板傳送的相關(guān)數(shù)據(jù)信息輸送主站和接收主站指令信息。

1.2.3 從站（工藝鏡板清洗輸送系統(tǒng)）軟件

該控制程序負(fù)責(zé)分解成品、清洗磨刷鏡板，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行輸送，同時接受和執(zhí)行來自主站發(fā)送的命令，把工藝鏡板傳送的路線各工位的具體運作情況及時地傳送給主站。

1.2.4 從站（工藝蓋板輸送系統(tǒng)）軟件

該控制程序負(fù)責(zé)對工藝蓋板上料和卸料間的位置定位以及對其傳送過程進(jìn)行精確控制，負(fù)責(zé)及時接受從主站發(fā)送過來的任務(wù)指令，同時把工藝蓋板的工位存放高度、工藝蓋板的卸載工位以及工藝蓋板的工位放置情況等一系列的具體數(shù)據(jù)信息及時地發(fā)送給主站。

1.2.5 總控工控機(jī)軟件

工控機(jī)程序是用VB 編寫的，它通過ADO 對象對SQL2000數(shù)據(jù)庫進(jìn)行一系列操作，同時記錄顯示動態(tài)信息和各工位的具體數(shù)據(jù)信息。

2 基于視覺識別技術(shù)的智能壓合的應(yīng)用

2.1 智能壓合設(shè)備的技術(shù)方案

可以把設(shè)備分成4個部分，分別是上料機(jī)構(gòu)、下料滑軌、識別模塊以及壓合模塊。

（1）上料機(jī)構(gòu)的傳送帶可以等待壓合的設(shè)備傳送到識別模塊，它的優(yōu)點是能夠明顯節(jié)約人力成本。

（2）識別模塊鑒別出目標(biāo)元件的不同類型和型號，然后對其進(jìn)行區(qū)分，在完成了目標(biāo)元件的識別工作后，可以將目標(biāo)元件傳送至壓合模塊進(jìn)行下一步的處理在模板傳送帶的側(cè)面可以安裝定位系統(tǒng)的照明裝置，還可以在傳送帶的上方安裝照明功能的攝像裝置。如果光源亮度還是不夠，或者以防突發(fā)事件導(dǎo)致光照故障，可以在攝像頭下面加裝補充光源的探照設(shè)備，這種補充光源的安裝方式是鉸接安裝，用這樣的方式安裝在識別模塊上的優(yōu)勢是，能夠及時根據(jù)現(xiàn)場具體狀況對補光的角度進(jìn)行靈活調(diào)整。另外，把遮光罩裝在整個識別模塊的框架上，這是為了防止外部光源影響到識別模塊的正常運作。

（3）圖1是壓合模塊結(jié)構(gòu)示意圖，壓合模塊負(fù)責(zé)壓合目標(biāo)元件，有針對不同目標(biāo)元件的壓合模塊。在輸送帶的下面裝有移動裝置，這種移動裝置的功能是讓壓合下模塊進(jìn)行前后方向的位置移動。在移動氣缸的協(xié)助下，模板可以根據(jù)實際情況靈活調(diào)整位置，讓其移動的位置更有利于不同壓合模板的升起。壓合下模板是由3種不同型號的壓合模板組成（壓合模板A、B、C），3種不同的模塊可以滿足該生的自動化、混合化的生產(chǎn)要求。A 模板的具體操作（單獨升起壓合）對應(yīng)一種特定的產(chǎn)品（產(chǎn)品A），A 模板與B 模板混合操作則對應(yīng)了另外一種產(chǎn)品（產(chǎn)品B），同樣的模式下，C 模板的單獨操作（單獨升起壓合）則對應(yīng)這另一種特定的產(chǎn)品（產(chǎn)品C）。

圖1 壓合模塊

（4）圖2為下料滑軌結(jié)構(gòu)示意圖.為了節(jié)約人力成本，在下料滑軌加裝了輸送帶，通過輸送帶將產(chǎn)品下料，然后傳送到后道工序。

圖2 下料滑軌

2.2 智能壓合的工藝流程

如圖3所示，智能壓合的具體流程是：第一步，將內(nèi)襯粘貼在目標(biāo)元件之后，第二步，根據(jù)具體的實際操作情況，選擇匹配型號的設(shè)備進(jìn)行模板的壓合作業(yè)，第三步，確定完成了之前的操作，最后傳送到后道工序。

圖3 智能壓合工藝流程

常規(guī)壓合工序中增加了視覺識別功能，當(dāng)有目標(biāo)設(shè)備從上一道工序成功傳送到位后，攝像裝置將對其進(jìn)行準(zhǔn)確定位，然后收集所有拍攝的數(shù)據(jù)。詳細(xì)的信息數(shù)據(jù)包括目標(biāo)設(shè)備的尺寸、型號，然后將初步分析判斷的相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳送到壓合設(shè)備。

粘貼目標(biāo)設(shè)備的內(nèi)襯定位后傳送至視覺識別模塊，通過光電感應(yīng)開關(guān)視覺識別模塊可以準(zhǔn)確定位，使用其上部已經(jīng)安裝好的攝像頭可以了解目標(biāo)設(shè)備的尺寸以及型號，通過如此具體的識別進(jìn)而找到匹配的壓合模塊（如1號、2號、3號），皮帶線把內(nèi)襯傳送至壓合模塊，壓合設(shè)備對接收到的信息進(jìn)行分析處理，找到與目標(biāo)設(shè)備型號相匹配的下模板進(jìn)行壓合操作，完成了上述工序，則通過下料滑軌將內(nèi)襯流轉(zhuǎn)至后續(xù)流水線。

隨著壓合技術(shù)的完善改進(jìn)，大大釋放了人力搬運的作業(yè)壓力，逐步實現(xiàn)了自動化代替人工的流水工序，現(xiàn)在的智能化視覺識別的壓合設(shè)備可以對三種不同的目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行混線生產(chǎn)，相比較原先的單型號壓合，提高壓合效率和質(zhì)量的同時減輕了操作人員的工作負(fù)擔(dān)。

3 結(jié)束語

通過對PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線的PCB 壓合控制系統(tǒng)的控制方案的介紹，并且分析了基于視覺識別技術(shù)的智能壓合工藝流程，通過設(shè)置識別模塊識別出目標(biāo)電子設(shè)備，智能化地識別了產(chǎn)品的大小和型號，這樣便節(jié)約了人力成本。通過對系統(tǒng)的智能化升級，系統(tǒng)可以靈活地對壓合下模板作出調(diào)整，這樣就可以進(jìn)行多線混合操作，大大降低了生產(chǎn)成本。這種智能化、視覺識別、靈活調(diào)整下模板壓合的工藝有許多的優(yōu)點：效率高、占地小、污染（噪聲污染）小，全自動、長時間連續(xù)運行等。智能化系統(tǒng)還需要在實踐生產(chǎn)中不斷完善改進(jìn)，對潛在的風(fēng)險要嚴(yán)加防范，相信隨著應(yīng)用經(jīng)驗的不斷積累，系統(tǒng)在電子行業(yè)中會發(fā)揮出越來越重要的作用。