基于運(yùn)動(dòng)控制卡的噴涂機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，面向工業(yè)自動(dòng)化控制的數(shù)控系統(tǒng)的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它的發(fā)展使機(jī)械化和自動(dòng)化有機(jī)的結(jié)合在一起。

　　針對目前涂裝行業(yè)的特殊需求，以前以人工噴涂為主的生產(chǎn)模式逐漸轉(zhuǎn)化為自動(dòng)噴涂。自動(dòng)噴涂具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)等特點(diǎn)，因此這種自動(dòng)噴涂模式已受到許多行業(yè)的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。

　　針對自動(dòng)噴涂的特點(diǎn)，為了完成數(shù)字化控制，研制和開發(fā)了基于工業(yè)計(jì)算機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡Adt836的底層控制系統(tǒng)。采用這樣的集成運(yùn)動(dòng)控制卡，簡化整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性和控制精度。

系統(tǒng)組成

　　主要有Adt-TP104控制器，輔助接線端子，基于DOS開發(fā)的噴涂機(jī)軟件控制系統(tǒng)組成。

　　控制器內(nèi)置Adt836運(yùn)動(dòng)控制卡，它是深圳市眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司研發(fā)，基于PC104總線的高性能六軸伺服/步進(jìn)控制卡，位置可變環(huán)形，可在運(yùn)動(dòng)中隨時(shí)改變速度，具有直線，圓弧，連續(xù)差補(bǔ)等功能。速度控制可采用定速和直線/S曲線加減速，可做非對稱直線加減速，可自動(dòng)/手動(dòng)減速，在定量驅(qū)動(dòng)時(shí)可防止速度曲線產(chǎn)生的三角波形。具有48路數(shù)字輸入，32路數(shù)字輸出。

　　控制器支持RS233通訊，可方便程序下載更新，數(shù)據(jù)備份。

　　系統(tǒng)組成框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)組成框圖

工作原理

　　針對圖1的框圖說明其工作原理，由運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出脈沖指令給伺服或步進(jìn)控制單元，驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。最大的輸出脈沖頻率為4MHz。在驅(qū)動(dòng)過程中，如果檢測到外部的停止信號則控制器立即發(fā)出停止脈沖輸出的操作。如果在驅(qū)動(dòng)過程中，系統(tǒng)檢測到硬件限位信號，則立即停止驅(qū)動(dòng)，從而保證機(jī)械系統(tǒng)的安全性。進(jìn)行噴涂操作時(shí)，通過控制器向外部發(fā)出一個(gè)輸出信號，從而控制噴槍的開關(guān)。

　　至于發(fā)多少個(gè)脈沖，以及運(yùn)動(dòng)過程中需要檢測信號，控制哪個(gè)輸出操作，都可以通過軟件來方便實(shí)現(xiàn)。836控制卡的脈沖輸出是共陽極、“脈沖+方向”或“脈沖+脈沖”的接線方式。 圖2-4示出連接方式。

軟件設(shè)計(jì)

　　軟件系統(tǒng)采用教導(dǎo)式編程方式，用戶只要將機(jī)械對應(yīng)的軸移動(dòng)到所要的位置，控制系統(tǒng)會自動(dòng)記憶此處的坐標(biāo)，對于一個(gè)待加工的工件，教導(dǎo)時(shí)可以根據(jù)工件的形狀來確定加工的軌跡，簡單舉例如圖5所示：

圖5加工路線

　　如果要按照圖5所示，A－B－C－D－E的路線加工，則教導(dǎo)數(shù)據(jù)時(shí)首先將運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)到A處，然后記下此處的坐標(biāo)，接著移動(dòng)軸到B處，記下此處的坐標(biāo)，那么系統(tǒng)就會根據(jù)兩點(diǎn)成線的法則自動(dòng)形成一條從A到B的線段，其他的照此就可以完成。對于每段的速度可單獨(dú)設(shè)定，這樣保證噴涂的效果，因有的地方需要噴的油漆較多，那么就可以慢速運(yùn)動(dòng)，有的地方要求油漆少，就可以快速運(yùn)動(dòng)。可調(diào)的速度保證了噴涂的效果同時(shí)也保證機(jī)械在運(yùn)動(dòng)時(shí)不會有太大的振動(dòng)。當(dāng)然也可以采用往復(fù)式的噴涂，對噴涂的工件重復(fù)噴涂，以求好的噴涂效果。如果所噴涂的工件有圓弧的形狀，如圖6所示：

圖6圓弧加工路線

　　那么教導(dǎo)數(shù)據(jù)時(shí)只要記下圓弧開始點(diǎn)的A坐標(biāo)，任意中間點(diǎn)的B坐標(biāo)，圓弧結(jié)束點(diǎn)的C坐標(biāo)，則系統(tǒng)根據(jù)三點(diǎn)成圓弧的規(guī)則，自動(dòng)會形成一個(gè)圓弧的軌跡。至于是順時(shí)針圓弧或者逆時(shí)針，系統(tǒng)會根據(jù)使用者教導(dǎo)數(shù)據(jù)的順序自動(dòng)進(jìn)行判定。

　　至于噴涂時(shí)的軌跡不一定要做標(biāo)準(zhǔn)的直線段，也可以是如圖7所示的直線軌跡。

　　圖8所示的M形折線段。具體看噴涂的工藝要求。因?yàn)槭遣捎媒虒?dǎo)式的編程方式，用戶可以隨心所欲的指定加工軌跡。對于空間的圓弧，教導(dǎo)數(shù)據(jù)時(shí)可以將空間圓弧拆分為多段小空間直線來完成，因Adt836卡具有六軸直線差補(bǔ)功能。當(dāng)然對于噴涂來講，細(xì)分的線段不需要十分的短小。

　　以上是對于教導(dǎo)的軌跡作以簡單的說明分析，實(shí)際加工時(shí)可能有氣缸之類的操作，有時(shí)候需要檢測氣缸到位的信號（當(dāng)然也可能是其他外部檢測信號），同時(shí)在哪個(gè)點(diǎn)處開噴槍，哪個(gè)點(diǎn)處關(guān)噴槍，這些都要在教導(dǎo)數(shù)據(jù)時(shí)完成。教導(dǎo)數(shù)據(jù)采用的表格式編程，類似與Excel表格，在對應(yīng)的“輸入”和“輸出”類輸入您要檢測或執(zhí)行輸出操作的端口號，系統(tǒng)會在加工運(yùn)行時(shí)自動(dòng)檢測輸入信號，有輸出操作的便執(zhí)行相應(yīng)的輸出操作。

　　當(dāng)然實(shí)際噴涂時(shí)由于本身噴槍的霧化和扇形功能，噴涂時(shí)形成一個(gè)大的霧化面，所以有時(shí)不需要教導(dǎo)的軌跡一定要是工件的形狀，由于表格的操作非常的簡便，插入，刪除，復(fù)制，修改都可以使用，當(dāng)教導(dǎo)完畢后，可以試運(yùn)行，不理想的地方可以使用上述的編輯功能重新修訂數(shù)據(jù)。

坐標(biāo)說明

　　系統(tǒng)采用機(jī)械原點(diǎn)作為系統(tǒng)的參考坐標(biāo)系，對于六軸的系統(tǒng)，每個(gè)軸都要有個(gè)原點(diǎn)信號。那么在教導(dǎo)數(shù)據(jù)時(shí)首先要回原點(diǎn)?；卦c(diǎn)時(shí)系統(tǒng)檢測到原點(diǎn)信號后，坐標(biāo)系對應(yīng)各軸的坐標(biāo)計(jì)為0，以后各軸的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)都參考這個(gè)坐標(biāo)系。

　　為更有效的編輯教導(dǎo)數(shù)據(jù)，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用了教導(dǎo)＋指令的編程模式，用戶可以教導(dǎo)幾行數(shù)據(jù)，利用跳轉(zhuǎn)，循環(huán)指令就可以完成多次的往復(fù)噴涂操作，也采用了類Windows的復(fù)制粘貼功能，可將一整塊數(shù)據(jù)復(fù)制到指定的位置。再配合插入，刪除，修改等編輯操作方便快速的實(shí)現(xiàn)加工數(shù)據(jù)的教導(dǎo)工作。

結(jié)語

　　本文介紹了基于Adt836運(yùn)動(dòng)控制卡的Adt-TP104控制器在噴涂系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)，這種控制器的體積小，響應(yīng)速度快、操作簡單，可視化的人機(jī)界面操作起來非常方便，目前已在涂裝行業(yè)占有一席之地，隨著技術(shù)的不斷提升進(jìn)步，將會在涂裝行業(yè)的到越來越廣泛的應(yīng)用。