1 簡介

1 . 1 系統(tǒng)簡介
   
　　系統(tǒng)為普通糟孔蔭罩刻蝕線，主要包括開卷部分、刻蝕腔體部分、第一水洗部分、電解剝離部分、最終水洗部分和最后的烘干及撕邊部分。

　　表面有光致抗刻蝕劑的成卷鋼帶，在開卷部分被拉開，并送人刻蝕腔體。腔體刻蝕液為FeC13 , 與鋼帶的無光抗部分反應(yīng)，形成槽孔。第一水洗的作用為停刻蝕，將蔭罩表面的FeC13 均勻地完全去除。剝離部分用于剝離鋼帶表面的光抗，剝離液為NaOH 。最終水洗除去鋼帶表面的NaOH 和雜質(zhì)。烘干部分烘干鋼帶表面的水分，防止生銹。之后鋼帶進(jìn)人撕邊機(jī)，撕去蔭罩四周的廢邊。刻蝕生成的工藝過程如圖1 所示。

圖1 刻蝕生產(chǎn)線工藝過程

　　刻蝕腔體部分為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，其刻蝕的效果直接影響到產(chǎn)品的合格率。整個(gè)刻蝕過程有6 個(gè)腔體，每個(gè)腔體中有上下兩對(duì)噴嘴，分別由兩臺(tái)電機(jī)控制，電機(jī)控制噴嘴來回?cái)[動(dòng)。因此整個(gè)刻蝕部分由12 臺(tái)電機(jī)組成。由于電機(jī)不斷來回?cái)[動(dòng)，這里稱之為搖擺電機(jī)。

1 . 2 搖擺電機(jī)運(yùn)動(dòng)簡介
   
　　根據(jù)工藝要求電機(jī)必須按照一定軌跡運(yùn)行，而且不同的電機(jī)運(yùn)行軌跡有所區(qū)分。由于對(duì)運(yùn)行曲線的高要求，搖擺電機(jī)的控制選用了B&R 的PCC 及ACOPOS 伺服控制器。
   
　　在上位機(jī)，工作人員給定一條軌跡上的16 個(gè)點(diǎn)，如圖2 所示，其中橫軸為位置，縱軸為速度。12 臺(tái)電機(jī)每臺(tái)都有一條設(shè)定的曲線。PCC 除了完成對(duì)電機(jī)的起動(dòng)、停止、運(yùn)行等邏輯控制外，主要的功能就是控制電機(jī)按一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，使得這個(gè)軌跡同時(shí)經(jīng)過所設(shè)定的16 個(gè)點(diǎn)，并且保證電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)。由于要求快速響應(yīng)和高控制精度，搖擺部分使用同步伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。之前使用東芝公司的PLC ，有擺動(dòng)不平滑的問題，因此改用B&R 開發(fā)的高性能控制器PCC 。PCC 在控制器中使用嵌人式操作系統(tǒng)，且設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)采用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)非常高的實(shí)時(shí)控制要求。

圖2 搖擺電機(jī)軌跡點(diǎn)設(shè)置

2  B&R PCC 及ACOPOS 伺服

2 . 1 B&R PCC 硬件配置

　　搖擺部分采用了B&R 2005 , 2005 系列CPU 是B&R 第四代控制系統(tǒng)SG4 ，采用的是Intel 處理 器，包括了電源模塊、CPU 模塊、數(shù)字輸入輸出模塊。其中CPU 的PCI 總線插槽中插人了Power Link 網(wǎng)絡(luò)適配器。若采用PowerLink 串聯(lián)，最多只能串聯(lián)10 臺(tái)伺服控制器，本系統(tǒng)采用Power  Link IF786 及一個(gè)HUB 將12 臺(tái)電機(jī)分成兩條串聯(lián)支路進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。數(shù)字輸人模塊用于起動(dòng)、停止、緊急停止、12 臺(tái)電機(jī)的Readay 、找原點(diǎn)信號(hào)輸人。數(shù)字輸出用于電機(jī)運(yùn)行、電機(jī)故障、12 臺(tái)電機(jī)尋找原點(diǎn)的狀態(tài)指示。

　　上位機(jī)與PCC 可以通過RS232 與以太網(wǎng)進(jìn)行通信。RS232 作為編程口。以太網(wǎng)作為實(shí)時(shí)通信口，用于數(shù)據(jù)的上傳與下載。將上位機(jī)設(shè)定的運(yùn)動(dòng)曲線實(shí)時(shí)傳給PCC ，同時(shí)將實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置、速度、電流及故障信息傳給上位機(jī)。

　　圖3 給出了一臺(tái)電機(jī)的伺服控制器與共他硬件設(shè)備的連接圖。電機(jī)控制器采用了B&R 的ACOPOS 伺服控制器。伺服控制器插人了Power Link 模塊AC112 ，用于和前后兩臺(tái)伺服控制器相連；AC122 為旋轉(zhuǎn)編碼器模塊，用于電機(jī)的速度與位置檢測。ACOPOS 1090 本身提供了溫度信號(hào)檢測（T ＋、T 一），抱閘信號(hào)輸出（B 一、B + ) 和其他控制信號(hào)。在現(xiàn)場，同時(shí)安裝了三個(gè)光耦給定電機(jī)運(yùn)行的正向極限位置、反向極限位置和原點(diǎn)位置。在運(yùn)行前電機(jī)首先找到原點(diǎn)光耦所在位置定為O 位，然后根據(jù)設(shè)定曲線運(yùn)行。而正、反向極限光耦信號(hào)起到了保護(hù)作用，當(dāng)光耦給出信號(hào)時(shí)，伺服將給出極限故障信息并且停止運(yùn)行。

圖3 伺服控制器與外圍連線

2 . 2 ACOPOS 伺服控制方式

　　ACOPOS 的伺服控制如圖4 所示，大致可以分為四個(gè)部分：初始值處理、位置控制、速度控制、實(shí)際值檢測。在初始處理時(shí)，根據(jù)給定的位置及最大允許速度和最大允許加速度，給出一個(gè)理想的定位過程，即得出加速、恒速、減速段，不同位置時(shí)的速度也相應(yīng)得到。位置控制主要有比例調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)限制p _ max 、積分限制i _ max 和積分調(diào)節(jié)。比例調(diào)節(jié)后的值為k* △s ，若k* △s > p _ max ，則v_ p ﹦P _ max ；若k* △s ﹤﹣p _ max ，則v _ P ＝ ﹣p max 。同理i _ max 用干限制積分調(diào)節(jié)值，v _i 。速度調(diào)節(jié)為一般的PI調(diào)節(jié)得到控制電流值送入矢量控制器，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。而電機(jī)的實(shí)際位置通過編碼器得到。

圖4 伺服控制框圖

3  B&R PCC 軟件系統(tǒng)

　　整個(gè)軟件系統(tǒng)可分為過程可視化接口（PVI ) 和Automation Studio。PVI 用于與上位機(jī)的通信，Automation Studio 則用于PCC 的邏輯控制與運(yùn)動(dòng)控制等的編程。

3 . 1 PVI 通信
   
　　PVI 是所有Windows 應(yīng)用程序訪問貝加萊工業(yè)控制器的統(tǒng)一接口。使用PVI ，用戶在開發(fā)通信程序時(shí)不需要花大量時(shí)間考慮底層的通信過程，也不需要調(diào)用復(fù)雜而繁瑣的Winsock API 函數(shù)，只需 在邏輯結(jié)構(gòu)上進(jìn)行簡單的配置即可訪問PCC 上的變量。PVI 的最大特點(diǎn)就是能夠使用程序直接操作PCC 任務(wù)中的變量，因此必須給每一個(gè)過程變量在PVI Manager 中的映射指定唯一的路徑。

　　PVI 通信的核心任務(wù)是建立過程變量的映像，建立的結(jié)果是每個(gè)映像都和網(wǎng)絡(luò)中唯一的一個(gè)變量一一對(duì)應(yīng)。這個(gè)變量可以是一個(gè)基本類型的數(shù)據(jù)，如整型變量，也可以是一個(gè)自定義類型的數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)體變量。這個(gè)映像包含了從應(yīng)用程序所在工作站到變量所在任務(wù)的路徑信息。如果把控制器和模塊也當(dāng)作通信中對(duì)象的話，每個(gè)映像路徑包括的對(duì)象有：基本對(duì)象（Pvi ) ；線對(duì)象（Line ) ；站對(duì)象( Station ) ； CPU 對(duì)象（CPU ) ；模塊對(duì)象（Module ) ；任務(wù)對(duì)象（Task ）和變量對(duì)象（Variable）。這個(gè)映射路徑由PVI Manager 統(tǒng)一管理，每個(gè)對(duì)象包含對(duì)象名，對(duì)象描述和存取參教。勸象名（包括路徑）是PVI 中的名字。對(duì)象名由用戶任意確定，對(duì)象描述必須與PCC 中待映射的變量名字一樣，PVI Manager 依靠對(duì)象描述找到具體的過程變量，實(shí)現(xiàn)映象關(guān)系。存取參數(shù)包括數(shù)據(jù)類型說明、刷新時(shí)間、事件類型等。
    在本系統(tǒng)中，伺服電機(jī)運(yùn)行在16 個(gè)位置的速度是確定的，位置和速度均可以在上位機(jī)上設(shè)置，然后發(fā)送至PCC 。將這些數(shù)據(jù)封裝為一個(gè)結(jié)構(gòu)體：

　　struct MotorCommset { float Position [16]；//16 個(gè)點(diǎn)的位置  float Speed [16] ；//16 個(gè)點(diǎn)的速度  int MotorNumber ；//標(biāo)示當(dāng)前設(shè)置的是第幾臺(tái)電機(jī)}；

3 . 2 Automation Stndio 編程

　　Automation Studio 為每個(gè)應(yīng)用與程序提供了多種編程方法。包括：梯形圖LAD ，指令表IL ，結(jié)構(gòu)文本ST ，順序功能圖SFC , AB , ANSIC 。其中ANSIC 是使用于新一代Automation Studio 的功能強(qiáng)大的高級(jí)編程語言。利用ANSIC 編寫的語言可以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能。在搖擺部分的電機(jī)控制中，利用了ANSIC 來實(shí)現(xiàn)曲線生成的功能。

3.2.1 對(duì)象建立

　　B&R 的伺服運(yùn)動(dòng)控制采用了面向?qū)ο蟮目刂品绞剑褂酶呒?jí)語言C 針對(duì)一個(gè)伺服控制器創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)用對(duì)象ax _ obj 后，可以利用針對(duì)此運(yùn)動(dòng)對(duì)象創(chuàng)建的指針* p _ ax _ dat _ ，對(duì)電機(jī)完成不同的運(yùn)動(dòng)控制。

　　ncalloc ( ncACP10MAN + ncPOWERLINK 一IF , ACP10 NONE , ncAXIS , l , ( UDINT ) & ax _ obj ) ；

　　每臺(tái)伺服控制器在硬件上都有一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置部分，可以設(shè)置各自的節(jié)點(diǎn)號(hào)。在命令ncalloc 中通過不同的ACP10_ NODE 可以為不同的伺服創(chuàng)建各自的運(yùn)動(dòng)對(duì)象。

3.2.2 虛軸
   
　　在ACOPOS 的伺服中，針對(duì)每一臺(tái)伺服而創(chuàng)建的運(yùn)動(dòng)對(duì)象，都有一個(gè)假想的軸，稱之為虛軸。這個(gè)虛軸跟實(shí)軸一樣一方面能夠作為從軸，跟著主軸完成同步軌跡。另一方面也能作為主軸，讓其他軸參與同步。由于虛軸的引人，使得一個(gè)伺服也能夠和自己的虛軸發(fā)生同步關(guān)系，即電機(jī)運(yùn)行時(shí)以自己的虛軸作為主軸，實(shí)軸跟隨虛軸同步。

　　這里伺服要完成曲線運(yùn)動(dòng)，在