Compumotor伺服控制器在數(shù)控植毛機械中的應(yīng)用
摘 要：敘述了多軸伺服控制器OEM6450的硬軟件特征，并成功地用于數(shù)控植毛機控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。經(jīng)廠方幾年使用，控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、運行可靠。
關(guān)鍵詞：Compumotor；伺服控制器；植毛機；定位
Abstract： This paper describes the hardware and software in the multi—servo controller OEM 6450，It is that succeeded by design an d realization for N C Planting-Fibre Machine on control system．It is proved that the scheme is quick dynamic、actually feasible and operation reliablein plant application for years．
Key words： compumotor；servo controller；plan ting-fibre machine；position
圖1給出了主控0EM6450與智能驅(qū)動器ZETA6104的主從結(jié)構(gòu)及它與人機界面、智能驅(qū)動器、負載的連接示意圖。下面對數(shù)控植毛機所涉及的主要技術(shù)特征進行簡述。
（1）兩種語言編程：Compumotor工控使用自己特有6OOO[4]系列命令語言，屬于文本結(jié)構(gòu)； 可編程控制器s7—200[5]采用STEP7MiroWIN梯形圖語言。
（2）伺服控制算法：定位／驅(qū)動軸的運行曲線按PIV&F控制算法響應(yīng)．即使用比例反饋SGP、積分反饋SGI、速度反饋SGV、速度前饋SGVF和加速前饋SGAF等指令．以滿足定位／驅(qū)動動靜態(tài)性能的要求。圖2給制專業(yè)教學(xué)和PLC技術(shù)應(yīng)用開發(fā)。
（3）快速狀態(tài)寄存器：8塊八雙字節(jié)的快速狀態(tài)寄存器器（ R，F(xiàn)ste Status Registers）。包括了17種缺省的標(biāo)準(zhǔn)FSR信息。如軸給定速度、編碼檢查誤差、軸狀態(tài)、可編輸入／輸出狀態(tài)等等。用戶可通過指令對第三到八部分中的內(nèi)容進行設(shè)置。用戶通過RP240讀取FSR。對控制對象狀態(tài)進行實時監(jiān)控。
（4）可編程輸入＼輸出：輸入點動，暫停，啟動，各軸單獨控制．與PLC輸入和輸出。
（5）人機界面：RP240內(nèi)含INTEL8051微處理器，但無程序存儲器，其操作指令是通過RS232C與主機進行通信，輸入操作和顯示面板，修改控制程序，監(jiān)控控制等。RP240常用指令有DCEAR （清除顯示）、DPCUR（顯示光標(biāo)）、DWRITE （顯示文件）、DREAD （讀數(shù)據(jù)）、DREADF（讀功能鍵狀態(tài)）、DVAR（顯示變量）、DJOG（進入點動模式）。
（6）智能伺服驅(qū)動器：ZETA6104屬于定位與驅(qū)動器．它集通信、檢測、控制及驅(qū)動為一體的電路。直接驅(qū)動步進電機或伺服電機，實現(xiàn)一維定位驅(qū)動。有多輸出接口。如高速脈沖輸入、終端和零位輸入、增量編碼信號輸入、可編程輸入＼輸出等。電機電路輸出方式有并聯(lián)和串聯(lián)。其輸出電路設(shè)置驅(qū)動管橋臂互鎖保護功能。供電電源110V工頻交流。本系統(tǒng)為提高電機的響應(yīng)速度和接線方便而采用串聯(lián)。
2 植毛機的機械結(jié)構(gòu)與控制要求
（1）機械結(jié)構(gòu)：主要是植毛機頭，送銅機構(gòu)，送毛機構(gòu)，毛孔定位系統(tǒng)。圖3給出植毛機頭示意圖，圖中1為針頭組件，2為送銅部件，3為切刀，4為毛箱，5為送毛部件．6為毛刷產(chǎn)品，7為夾具， 8為絲桿傳動機構(gòu)9、10 ll、12為伺服電機。①針頭組件，由針頭與凸輪、電磁器離合器組成。三相變頻電機通過電磁離合器將其動力傳遞給針頭，從而針頭將毛束與銅片一起植插（俗稱植毛）在產(chǎn)品的孔中。電磁離合器制動時，針頭停留在原始位；電磁離合器分離時。針頭被電機驅(qū)動而上下運動；② 送銅機構(gòu)，將銅片送到針頭下方待切刀將其切斷；③送毛機構(gòu)。將毛箱中的毛束送到針頭下方并與銅片被針頭一起插入毛刷產(chǎn)品的預(yù)定孔中。針頭與切刀的動力由交流變頻電機提供，送銅機構(gòu)與送毛機構(gòu)由氣動驅(qū)動來完成；④ 毛孔定位控制 通過四個伺服控制電機驅(qū)動工作臺和具．實現(xiàn)針頭在曲面坐標(biāo)中正確定位。圖4給出了針頭在曲面產(chǎn)插孔的運動軌跡。針頭應(yīng)正對曲面上坐標(biāo)點，并沿該點曲面法線打人，即毛束與銅片牢固地插入孔中．不偏孔、不打彎針頭。
（2）控制要求：植毛機頭在工作時處于高速運行狀態(tài)．并要求各部件相互協(xié)調(diào)并緊密配合，及時修正機械積累誤差以確保機器正常運行。根據(jù)植毛工藝過程，要求有手動（MAN）、預(yù)置（PRESET）、自動（AUTO）三種工作方式， 以完成產(chǎn)品首樣仿真程序輸入、自動運行程序、實時監(jiān)控和控制。
手動方式：① 對各軸實現(xiàn)點動控制，各軸正反轉(zhuǎn)，高低速行走，指令插入和刪除等；②數(shù)據(jù)和用戶程序轉(zhuǎn)發(fā)；③ 四軸同時歸零。預(yù)置方式：① 各軸單獨準(zhǔn)確定位；②各軸單獨歸零。
預(yù)置方式：① 各軸單獨準(zhǔn)確定位；②各軸單獨歸零。
自動方式：① 四軸聯(lián)動步進插孔；②各軸對每完成一個插孔自行修整一次，中途各自伺服運行，主機在完成一個產(chǎn)品后對各軸重新修整。即統(tǒng)一歸零。
其它：（D針頭驅(qū)動控制以滿足針頭上下速度、沖擊力、停頓及制動，并隨產(chǎn)品要求進行設(shè)置或調(diào)節(jié)；②針頭下降超位保護當(dāng)針頭下落超位時，超位開關(guān)動作。機器停止工作，以確保針頭不打彎或產(chǎn)品斷裂；③毛箱毛束存量檢測；④各軸的終端限位檢測和歸零檢測，增量編碼信號輸入均接在各軸的智能驅(qū)動器上：考慮到開關(guān)信號輸入可靠性，圖5給出各軸的歸零檢測、終端限位的接線。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件功能包括：伺服控制算法； 自動步進植毛：主從結(jié)構(gòu)通信；RP240手動與預(yù)置、操作開關(guān)、PLC及其他開關(guān)控制等。除了PLC采用梯形控制語言外，其它用戶程序均是建立在6000系列結(jié)構(gòu)文本上，實現(xiàn)主從機通信、控制、監(jiān)控及顯示等。系統(tǒng)控制主要程序有產(chǎn)品首樣輸入仿真程序，各軸伺服控制程序，主控0EM6450與PLC的接口程序，自動步進植毛程序。
（1）產(chǎn)品首樣輸入仿真程序：用戶利用INFNC指令對各軸進行單獨點動（JOG）控制，并記錄運行軌跡，以獲得產(chǎn)品首樣程序。如在點動功能中，INFCi一<a>J表示第i路輸入信號控制a軸電機正向點動，INFCi一<a>K表示第i路輸入信號控制a軸電機反向點動，INFCi一<a>L指令表示第i路輸入信號來選擇a軸電機的速度高低。
用戶利用DJOGA或DJOGD指令（通過砒，240控制界面1同時調(diào)節(jié)各軸的加速度或減速度。
（2）0EM6450通信：0EM6450與RP240、各智能驅(qū)動器zETA6l0通過RS一232接口通信，使用El、WRITE、WRVAR、WRVARB、WRVARS等指令。
（3）主控0EM6450與PLC的接口程序：在60O0系列命令語言中，指令I(lǐng)NPLC、OUⅡ‘LC專用于OEM6450系列控制器對PLC的I，O進行讀寫． 為兩鐘不同實現(xiàn)指令交換。
（4）自動步進植毛程序：圖6給出自動步進植毛程序流程，各軸按產(chǎn)品首樣輸入仿真程序進行坐標(biāo)定位，等待PLC控制送銅、送毛及植毛，主控制器OEM6450協(xié)調(diào)聯(lián)動各動作。
4 結(jié)束語
本控制系統(tǒng)自1999年投入運行以來，用戶反映比原前幾種的控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快，運行可靠、工效高，并且通信聯(lián)網(wǎng)，對建立產(chǎn)品檔案十分方便。6000系列語言接近于IEC標(biāo)準(zhǔn)語言，通用性好，編程簡單。以往，Com．pumoter控制器用于高尖端領(lǐng)域，在民用應(yīng)用較少，但是，隨著國外技術(shù)壁壘降低，應(yīng)用成本會不斷降低，使用范圍會更大。
參考文獻：
【1】（美）Parker Hannifin Corporation．Compumoter 0EM6450 Indexer
User Guide，1996．
【2】（美）Parker Hannifin Corporation．Compumo～r ZETA6104 Indexer／
Drive Installation Guide，1995．
【3】（美）Parker Hannifin Corporation．Compumoter Model RP240 User
Guid～l996．
【4】（美）Parker Hannifin Corporation．Compumoter 60oSeries Software
Reference Guide，1995．
【5】車延?xùn)|，等．AT6450在數(shù)恐切管機中的應(yīng)用叨．電氣自動化2oo2，1．
關(guān)鍵詞：Compumotor；伺服控制器；植毛機；定位
Application of Compumotor Servo Controller in NC Planting-Fibre Machine
TONG Zhi—Boo
（Zhejiang Wardi University，Ningbo Zhejiang 315040，China）TONG Zhi—Boo
Abstract： This paper describes the hardware and software in the multi—servo controller OEM 6450，It is that succeeded by design an d realization for N C Planting-Fibre Machine on control system．It is proved that the scheme is quick dynamic、actually feasible and operation reliablein plant application for years．
Key words： compumotor；servo controller；plan ting-fibre machine；position
0 引言
在刷品制造業(yè)中。生產(chǎn)一個木頭毛刷制品一般先對木頭進行切削成型、表面打磨、油漆烘干、定位鉆孔、植毛（也稱插毛）及其飛毛（毛柬整形）等一系列工作。鉆孔與植毛是整個生產(chǎn)中最關(guān)鍵工序。許多產(chǎn)品的插毛面呈現(xiàn)曲面形狀。要求在五維坐標(biāo)上精確定位。采用四軸伺服控制器0EM 6450 [1]，利用原系統(tǒng)的智能驅(qū)動器ZETA6104[2]和人機界面RP240一NEMA4[3]．能實現(xiàn)植毛機械進行伺服控制。
1 Compumotor伺服控制器
MC68HC000OEM6450是基于16位微處理器和DSP芯片的四軸伺服控制器。它具有專用的定位＼驅(qū)動的接口。可編程通信接口。終端和零位輸入，高速脈沖輸入。增量編碼輸入接口、可編程輸入＼輸出，模擬輸入等強大功能。
圖1給出了主控0EM6450與智能驅(qū)動器ZETA6104的主從結(jié)構(gòu)及它與人機界面、智能驅(qū)動器、負載的連接示意圖。下面對數(shù)控植毛機所涉及的主要技術(shù)特征進行簡述。
（1）兩種語言編程：Compumotor工控使用自己特有6OOO[4]系列命令語言，屬于文本結(jié)構(gòu)； 可編程控制器s7—200[5]采用STEP7MiroWIN梯形圖語言。
（2）伺服控制算法：定位／驅(qū)動軸的運行曲線按PIV&F控制算法響應(yīng)．即使用比例反饋SGP、積分反饋SGI、速度反饋SGV、速度前饋SGVF和加速前饋SGAF等指令．以滿足定位／驅(qū)動動靜態(tài)性能的要求。圖2給制專業(yè)教學(xué)和PLC技術(shù)應(yīng)用開發(fā)。
（3）快速狀態(tài)寄存器：8塊八雙字節(jié)的快速狀態(tài)寄存器器（ R，F(xiàn)ste Status Registers）。包括了17種缺省的標(biāo)準(zhǔn)FSR信息。如軸給定速度、編碼檢查誤差、軸狀態(tài)、可編輸入／輸出狀態(tài)等等。用戶可通過指令對第三到八部分中的內(nèi)容進行設(shè)置。用戶通過RP240讀取FSR。對控制對象狀態(tài)進行實時監(jiān)控。
（4）可編程輸入＼輸出：輸入點動，暫停，啟動，各軸單獨控制．與PLC輸入和輸出。
（5）人機界面：RP240內(nèi)含INTEL8051微處理器，但無程序存儲器，其操作指令是通過RS232C與主機進行通信，輸入操作和顯示面板，修改控制程序，監(jiān)控控制等。RP240常用指令有DCEAR （清除顯示）、DPCUR（顯示光標(biāo)）、DWRITE （顯示文件）、DREAD （讀數(shù)據(jù)）、DREADF（讀功能鍵狀態(tài)）、DVAR（顯示變量）、DJOG（進入點動模式）。
（6）智能伺服驅(qū)動器：ZETA6104屬于定位與驅(qū)動器．它集通信、檢測、控制及驅(qū)動為一體的電路。直接驅(qū)動步進電機或伺服電機，實現(xiàn)一維定位驅(qū)動。有多輸出接口。如高速脈沖輸入、終端和零位輸入、增量編碼信號輸入、可編程輸入＼輸出等。電機電路輸出方式有并聯(lián)和串聯(lián)。其輸出電路設(shè)置驅(qū)動管橋臂互鎖保護功能。供電電源110V工頻交流。本系統(tǒng)為提高電機的響應(yīng)速度和接線方便而采用串聯(lián)。
2 植毛機的機械結(jié)構(gòu)與控制要求
（1）機械結(jié)構(gòu)：主要是植毛機頭，送銅機構(gòu)，送毛機構(gòu)，毛孔定位系統(tǒng)。圖3給出植毛機頭示意圖，圖中1為針頭組件，2為送銅部件，3為切刀，4為毛箱，5為送毛部件．6為毛刷產(chǎn)品，7為夾具， 8為絲桿傳動機構(gòu)9、10 ll、12為伺服電機。①針頭組件，由針頭與凸輪、電磁器離合器組成。三相變頻電機通過電磁離合器將其動力傳遞給針頭，從而針頭將毛束與銅片一起植插（俗稱植毛）在產(chǎn)品的孔中。電磁離合器制動時，針頭停留在原始位；電磁離合器分離時。針頭被電機驅(qū)動而上下運動；② 送銅機構(gòu)，將銅片送到針頭下方待切刀將其切斷；③送毛機構(gòu)。將毛箱中的毛束送到針頭下方并與銅片被針頭一起插入毛刷產(chǎn)品的預(yù)定孔中。針頭與切刀的動力由交流變頻電機提供，送銅機構(gòu)與送毛機構(gòu)由氣動驅(qū)動來完成；④ 毛孔定位控制 通過四個伺服控制電機驅(qū)動工作臺和具．實現(xiàn)針頭在曲面坐標(biāo)中正確定位。圖4給出了針頭在曲面產(chǎn)插孔的運動軌跡。針頭應(yīng)正對曲面上坐標(biāo)點，并沿該點曲面法線打人，即毛束與銅片牢固地插入孔中．不偏孔、不打彎針頭。
手動方式：① 對各軸實現(xiàn)點動控制，各軸正反轉(zhuǎn)，高低速行走，指令插入和刪除等；②數(shù)據(jù)和用戶程序轉(zhuǎn)發(fā)；③ 四軸同時歸零。預(yù)置方式：① 各軸單獨準(zhǔn)確定位；②各軸單獨歸零。
預(yù)置方式：① 各軸單獨準(zhǔn)確定位；②各軸單獨歸零。
自動方式：① 四軸聯(lián)動步進插孔；②各軸對每完成一個插孔自行修整一次，中途各自伺服運行，主機在完成一個產(chǎn)品后對各軸重新修整。即統(tǒng)一歸零。
其它：（D針頭驅(qū)動控制以滿足針頭上下速度、沖擊力、停頓及制動，并隨產(chǎn)品要求進行設(shè)置或調(diào)節(jié)；②針頭下降超位保護當(dāng)針頭下落超位時，超位開關(guān)動作。機器停止工作，以確保針頭不打彎或產(chǎn)品斷裂；③毛箱毛束存量檢測；④各軸的終端限位檢測和歸零檢測，增量編碼信號輸入均接在各軸的智能驅(qū)動器上：考慮到開關(guān)信號輸入可靠性，圖5給出各軸的歸零檢測、終端限位的接線。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件功能包括：伺服控制算法； 自動步進植毛：主從結(jié)構(gòu)通信；RP240手動與預(yù)置、操作開關(guān)、PLC及其他開關(guān)控制等。除了PLC采用梯形控制語言外，其它用戶程序均是建立在6000系列結(jié)構(gòu)文本上，實現(xiàn)主從機通信、控制、監(jiān)控及顯示等。系統(tǒng)控制主要程序有產(chǎn)品首樣輸入仿真程序，各軸伺服控制程序，主控0EM6450與PLC的接口程序，自動步進植毛程序。
（1）產(chǎn)品首樣輸入仿真程序：用戶利用INFNC指令對各軸進行單獨點動（JOG）控制，并記錄運行軌跡，以獲得產(chǎn)品首樣程序。如在點動功能中，INFCi一<a>J表示第i路輸入信號控制a軸電機正向點動，INFCi一<a>K表示第i路輸入信號控制a軸電機反向點動，INFCi一<a>L指令表示第i路輸入信號來選擇a軸電機的速度高低。
用戶利用DJOGA或DJOGD指令（通過砒，240控制界面1同時調(diào)節(jié)各軸的加速度或減速度。
（2）0EM6450通信：0EM6450與RP240、各智能驅(qū)動器zETA6l0通過RS一232接口通信，使用El、WRITE、WRVAR、WRVARB、WRVARS等指令。
（3）主控0EM6450與PLC的接口程序：在60O0系列命令語言中，指令I(lǐng)NPLC、OUⅡ‘LC專用于OEM6450系列控制器對PLC的I，O進行讀寫． 為兩鐘不同實現(xiàn)指令交換。
（4）自動步進植毛程序：圖6給出自動步進植毛程序流程，各軸按產(chǎn)品首樣輸入仿真程序進行坐標(biāo)定位，等待PLC控制送銅、送毛及植毛，主控制器OEM6450協(xié)調(diào)聯(lián)動各動作。
4 結(jié)束語
本控制系統(tǒng)自1999年投入運行以來，用戶反映比原前幾種的控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快，運行可靠、工效高，并且通信聯(lián)網(wǎng)，對建立產(chǎn)品檔案十分方便。6000系列語言接近于IEC標(biāo)準(zhǔn)語言，通用性好，編程簡單。以往，Com．pumoter控制器用于高尖端領(lǐng)域，在民用應(yīng)用較少，但是，隨著國外技術(shù)壁壘降低，應(yīng)用成本會不斷降低，使用范圍會更大。
參考文獻：
【1】（美）Parker Hannifin Corporation．Compumoter 0EM6450 Indexer
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【2】（美）Parker Hannifin Corporation．Compumo～r ZETA6104 Indexer／
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【3】（美）Parker Hannifin Corporation．Compumoter Model RP240 User
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【4】（美）Parker Hannifin Corporation．Compumoter 60oSeries Software
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【5】車延?xùn)|，等．AT6450在數(shù)恐切管機中的應(yīng)用叨．電氣自動化2oo2，1．
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