1 簡介
1 . 1 係統簡介
係統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

、最終水洗部分和最後的烘幹及撕邊部分。

 

表麵有光致抗刻蝕劑的成卷鋼帶
，在開卷部分被拉開，並送人刻蝕腔體。腔體刻蝕液為FeC13 , 與鋼帶的無光抗部分反應，形成槽孔。第一水洗的作用為停刻蝕，將蔭罩表麵的FeC13 均勻地完全去除。剝離部分用於剝離鋼帶表麵的光抗，剝離液為NaOH 。最終水洗除去鋼帶表麵的NaOH 和雜質。烘幹部分烘幹鋼帶表麵的水分

，防止生鏽。之後鋼帶進人撕邊機，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 刻蝕生產線工藝過程

 

刻蝕腔體部分為整個係統的關鍵，其刻蝕的效果直接影響到產品的合格率。整個刻蝕過程有6 個腔體，每個腔體中有上下兩對噴嘴，分別由兩台電機控製，電機控製噴嘴來回擺動。因此整個刻蝕部分由12 台電機組成。由於電機不斷來回擺動，這裏稱之為搖擺電機。

1 . 2 搖擺電機運動簡介

根據工藝要求電機必須按照一定軌跡運行
，而且不同的電機運行軌跡有所區分。由於對運行曲線的高要求，搖擺電機的控製選用了B&R 的PCC 及ACOPOS 伺服控製器。

 

在上位機，工作人員給定一條軌跡上的16 個點，如圖2 所示
，其中橫軸為位置，縱軸為速度。12 台電機每台都有一條設定的曲線。PCC 除了完成對電機的起動、停止、運行等邏輯控製外，主要的功能就是控製電機按一定的軌跡運動，使得這個軌跡同時經過所設定的16 個點，並且保證電機運行的平穩。由於要求快速響應和高控製精度，搖擺部分使用同步伺服電機進行運動控製。之前使用東芝公司的PLC ，有擺動不平滑的問題
，因此改用B&R 開發的高性能控製器PCC 。PCC 在控製器中使用嵌人式操作係統，且設備層網絡采用實時以太網，可以實現非常高的實時控製要求。
 

圖2 搖擺電機軌跡點設置

 

2 . 1 B&R PCC 硬件配置

搖擺部分采用了B&R 2005 , 2005 係列CPU 是B&R 第四代控製係統SG4 ，采用的是Intel 處理 器，包括了電源模塊、CPU 模塊、數字輸入輸出模塊。其中CPU 的PCI 總線插槽中插人了Power Link 網絡適配器。若采用PowerLink 串聯，最多隻能串聯10 台伺服控製器，本係統采用Power  Link IF786 及一個HUB 將12 台電機分成兩條串聯支路進行實時控製。數字輸人模塊用於起動、停止、緊急停止
、12 台電機的Readay 、找原點信號輸人。數字輸出用於電機運行、電機故障、12 台電機尋找原點的狀態指示。

 

上位機與PCC 可以通過RS232 與以太網進行通信。RS232 作為編程口。以太網作為實時通信口，用於數據的上傳與下載。將上位機設定的運動曲線實時傳給PCC ，同時將實際運動位置
、速度
、電流及故障信息傳給上位機。

 

圖3 給出了一台電機的伺服控製器與共他硬件設備的連接圖。電機控製器采用了B&R ACOPOS 伺服控製器。伺服控製器插人了Power Link 模塊AC112
，用於和前後兩台伺服控製器相連；AC122 為旋轉編碼器模塊，用於電機的速度與位置檢測。ACOPOS 1090 本身提供了溫度信號檢

測（T ＋、T 一），抱閘信號輸出（B 一、B + ) 和其他控製信號。在現場
，同時安裝了三個光耦給定電機運行的正向極限位置、反向極限位置和原點位置。在運行前電機首先找到原點光耦所在位置定為O 位，然後根據設定曲線運行。而正
、反向極限光耦信號起到了保護作用，當光耦給出信號時，伺服將給出極限故障信息並且停止運行。 

圖3 伺服控製器與外圍連線

 

2 . 2 ACOPOS 伺服控製方式

ACOPOS 的伺服控製如圖4 所示，大致可以分為四個部分：初始值處理、位置控製、速度控製

、實際值檢測。在初始處理時，根據給定的位置及最大允許速度和最大允許加速度，給出一個理想的定位過程，即得出加速
、恒速、減速段，不同位置時的速度也相應得到。位置控製主要有比例調節、比例調節限製p _ max 
、積分限製i _ max 和積分調節。比例調節後的值為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 用幹限製積分調節值，v _i 。速度調節為一般的PI調節得到控製電流值送入矢量控製器，對電機進行控製。而電機的實際位置通過編碼器得到。

圖4 伺服控製框圖

整個軟件係統可分為過程可視化接口（PVI ) 和Automation Studio。PVI 用於與上位機的通信，Automation Studio 則用於PCC 的邏輯控製與運動控製等的編程。

3 . 1 PVI 通信
 PVI 是所有Windows 應用程序訪問貝加萊工業控製器的統一接口。使用PVI ，用戶在開發通信程序時不需要花大量時間考慮底層的通信過程，也不需要調用複雜而繁瑣的Winsock API 函數
，隻需 在邏輯結構上進行簡單的配置即可訪問PCC上的變量。PVI 的最大特點就是能夠使用程序直接操作PCC任務中的變量，因此必須給每一個過程變量在PVI Manager 中的映射指定唯一的路徑。

 

PVI tongxindehexinrenwushijianliguochengbianliangdeyingxiang，jianlidejieguoshimeigeyingxiangdouhewangluozhongweiyideyigebianliangyiyiduiying。zhegebianliangkeyishiyigejibenleixingdeshuju
，ruzhengxingbianliang，yekeyishiyigezidingyileixingdeshuju，rujiegoutibianliang。zhegeyingxiangbaohanlecongyingyongchengxusuozaigongzuozhandaobianliangsuozairenwudelujingxinxi。ruguobakongzhiqihemokuaiyedangzuotongxinzhongduixiangdehua，meigeyingxianglujingbaokuodeduixiangyou：基本對象（Pvi ) ；線對象（Line ) ；站對象( Station ) ； CPU 對象（CPU ) ；模塊對象（Module )
；任務對象（Task ）和變量對象（Variable）。這個映射路徑由PVI Manager 統一管理，每個對象包含對象名
，對象描述和存取參教。勸象名（包括路徑）是PVI 中的名字。對象名由用戶任意確定，對象描述必須與PCC 中待映射的變量名字一樣，PVI Manager 依靠對象描述找到具體的過程變量


，實現映象關係。存取參數包括數據類型說明、刷新時間
、事件類型等。

在本係統中，伺服電機運行在16 個位置的速度是確定的，位置和速度均可以在上位機上設置
，然後發送至PCC 。將這些數據封裝為一個結構體：

struct MotorCommset { float Position [16]；//16 個點的位置  float Speed [16] ；//16 個點的速度  int MotorNumber ；//標示當前設置的是第幾台電機}；

 

3 . 2 Automation Stndio 編程

Automation Studio 為每個應用與程序提供了多種編程方法。包括：梯形圖LAD 
，指令表IL ，結構文本ST 
，順序功能圖SFC , AB , ANSIC 。其中ANSIC 是使用於新一代Automation Studio的功能強大的高級編程語言。利用ANSIC 編寫的語言可以實現更高級的功能。在搖擺部分的電機控製中，利用了ANSIC 來實現曲線生成的功能。

 

3.2.1 對象建立

B&R 的伺服運動控製采用了麵向對象的控製方式，使用高級語言C 針對一個伺服控製器創建一個運用對象ax _ obj 後，可以利用針對此運動對象創建的指針* p _ ax _ dat _
，對電機完成不同的運動控製。

ncalloc ( ncACP10MAN + ncPOWERLINK 一IF , ACP10 NONE , ncAXIS , l , ( UDINT ) &

ax _ obj ) 
；

 

每台伺服控製器在硬件上都有一個節點設置部分
，可以設置各自的節點號。在命令ncalloc 中通過不同的ACP10_ NODE 可以為不同的伺服創建各自的運動對象。

3.2.2 虛軸
在ACOPOS 的(de)伺(si)服(fu)中(zhong)，針(zhen)對(dui)每(mei)一(yi)台(tai)伺(si)服(fu)而(er)創(chuang)建(jian)的(de)運(yun)動(dong)對(dui)象(xiang)，都(dou)有(you)一(yi)個(ge)假(jia)想(xiang)的(de)軸(zhou)，稱(cheng)之(zhi)為(wei)虛(xu)軸(zhou)。這(zhe)個(ge)虛(xu)軸(zhou)跟(gen)實(shi)軸(zhou)一(yi)樣(yang)一(yi)方(fang)麵(mian)能(neng)夠(gou)作(zuo)為(wei)從(cong)軸(zhou)，跟(gen)著(zhe)主(zhu)軸(zhou)完(wan)成(cheng)同(tong)步(bu)軌(gui)跡(ji)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)也(ye)能(neng)作(zuo)為(wei)主(zhu)軸(zhou)，讓(rang)其(qi)他(ta)軸(zhou)參(can)與(yu)同(tong)步(bu)。由(you)於(yu)虛(xu)軸(zhou)的(de)引(yin)人(ren)，使(shi)得(de)一(yi)個(ge)伺(si)服(fu)也(ye)能(neng)夠(gou)和(he)自(zi)己(ji)的(de)虛(xu)軸(zhou)發(fa)生(sheng)同(tong)步(bu)關(guan)係(xi)
，即(ji)電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)時(shi)以(yi)自(zi)己(ji)的(de)虛(xu)軸(zhou)作(zuo)為(wei)主(zhu)軸(zhou)，實(shi)軸(zhou)跟(gen)隨(sui)虛(xu)軸(zhou)同(tong)步(bu)。

 

這zhe裏li伺si服fu要yao完wan成cheng曲qu線xian運yun動dong
，在zai設she定ding的de點dian之zhi間jian有you一yi個ge加jia速su度du突tu變bian的de過guo程cheng
，因yin此ci為wei了le保bao持chi電dian機ji的de平ping穩wen運yun行xing，采cai用yong了le虛xu軸zhou運yun動dong控kong製zhi。虛xu軸zhou是shi一yi個ge理li論lun上shang的de軸zhou，因yin此ci可ke以yi應ying用yong數shu學xue模mo型xing，設she定ding虛xu軸zhou的de運yun行xing軌gui跡ji。在zai相xiang鄰lin兩liang個ge點dian之zhi間jian


，虛xu軸zhou為wei勻yun加jia速su

，運yun動dong到dao下xia一yi個ge點dian時shi以yi另ling外wai一yi個ge加jia速su度du進jin行xing勻yun加jia速su運yun動dong。由you於yu虛xu軸zhou是shi假jia想xiang的de理li論lun軸zhou，加jia速su的de突tu變bian不bu會hui引yin起qi電dian機ji運yun行xing的de不bu穩wen定ding。因yin此ci這zhe裏li將jiang虛xu軸zhou設she為wei主zhu軸zhou。由you於yu虛xu軸zhou和he實shi軸zhou的de同tong步bu關guan係xi為wei位wei置zhi同tong步bu，而er非fei速su度du同tong步bu，當dang設she定ding虛xu軸zhou與yu實shi軸zhou為weil : 1 同(tong)步(bu)時(shi)，虛(xu)軸(zhou)為(wei)主(zhu)軸(zhou)按(an)既(ji)定(ding)曲(qu)線(xian)運(yun)動(dong)，而(er)實(shi)軸(zhou)則(ze)不(bu)斷(duan)地(di)跟(gen)隨(sui)虛(xu)軸(zhou)的(de)位(wei)置(zhi)進(jin)行(xing)運(yun)動(dong)，因(yin)此(ci)對(dui)於(yu)實(shi)軸(zhou)來(lai)說(shuo)虛(xu)軸(zhou)的(de)速(su)度(du)或(huo)加(jia)速(su)度(du)的(de)突(tu)變(bian)並(bing)不(bu)會(hui)對(dui)電(dian)機(ji)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)
，保(bao)證(zheng)了(le)電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)。

Automation studio 提(ti)供(gong)了(le)專(zhuan)門(men)的(de)實(shi)軸(zhou)與(yu)虛(xu)軸(zhou)的(de)關(guan)係(xi)設(she)定(ding)文(wen)件(jian)
，在(zai)虛(xu)軸(zhou)進(jin)行(xing)運(yun)動(dong)之(zhi)前(qian)
，必(bi)須(xu)把(ba)這(zhe)個(ge)文(wen)件(jian)下(xia)載(zai)到(dao)伺(si)服(fu)
，建(jian)立(li)伺(si)服(fu)的(de)虛(xu)軸(zhou)與(yu)實(shi)軸(zhou)的(de)關(guan)係(xi)之(zhi)後(hou)，實(shi)軸(zhou)才(cai)能(neng)跟(gen)隨(sui)虛(xu)軸(zhou)運(yun)動(dong)。
實軸與虛軸的關係設定文件名為“autogear ”。

 

< Parameter ID = “503” Name = “ Cam automat 
； Master axis ” Value = “412”Unit =““Remark =””[412ACP10PAR _ S _SET _VAX1S]

 

在autogear中，將412號參數（虛軸的位置）賦給503號參數（主軸設定）表明了將虛軸的位置作為主軸。

 

< Parameter ID = “519” Name = “ Cam automat ； Multiplication factor of master axis ” Value = “1000”Unit =““Remark =””/>

 

< Parameter ID = “520” Name = “ Cam automat ； Multiplication factor of slave axis ” Value = “1000”Unit =““Remark =””/>

將519 號參數（主軸係數）和520 號參數（從軸係數）值設為相同的大小，這裏都設為1000 , 表明了從軸與主軸以1000 : 1000 進行位置同步。

 

 

B&R 為伺服參數的上傳與下載提供了專門的通道，稱之為SERVICE 通道。通過SERVICE 通道，既可以進行單個參數的傳輸
，也可以進行參數塊的傳輸。將“autogear ”作為一個參數塊，通過SERVICE 通道下載到伺服後，虛軸與實軸的關係便建立了起來。
   

strcpy (& DataDownload .parameter.data _ modul [0]
，“autogear”)//所要下載的文件名p _ ax _ dat _ ＞network.service.data _adr ﹦(UDINT) & DataDownload // service通道ncaction ( ax _ obj , ncACP _ PAR + ncSERVICE , nc - DOWNLOAD )//虛軸、實軸設定下載， 一旦主軸與從軸的關係建立起來之後


，隻要對虛軸參數進行操作，實軸就會跟隨虛軸位置進行1:1 同步。而對於虛軸參數的操作同樣也可以通過SERVICE 通道進行。

p _ ax _ dat _ > network.service.request.par _ id ﹦ACP10PAR _ CMD _ POS _ MOVE _ VAX1 //所要賦值的參數， p _ ax _ dat _ > network . service . data _ adr ﹦（UDINT ) & par _ dat //參數值，ncaction (ax _ obj , ncSERVICE , ncSET)//參數設置

 

3.2.3 程序設計

程序如圖5 所示，主要分為兩塊：一塊為總的邏輯控製部分，由梯形圖完成；另一塊為運動控製部分
，通過C 語言完成。

 

找原點時，電機統一向正向運行
，若收到原點信號就停下，定為O 位；若收到正向極限信號就停下然後反方向運行，找到原點信號
，定為0位。曲線運動為一個子程序
，點與點之間做勻加速運動，通過位置的判斷，對虛軸進行加速度的切換。

 

利用B&R 的PCC 的PVI 完成了與上位機的通信。利用梯形圖進行邏輯控製啟動、停止、故障等。而高級語言C ，則實現了曲線的運用。並且在曲線運動過程中，實時地將速度與位置信號傳給上位機
，方便實時地觀測和調整曲線。

   

圖5 程序流程圖

 

目前，整條生產線已投入試生產

，刻蝕效果良好。圖6 為(wei)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)實(shi)時(shi)運(yun)動(dong)曲(qu)線(xian)

，伺(si)服(fu)按(an)正(zheng)向(xiang)運(yun)動(dong)找(zhao)到(dao)原(yuan)點(dian)後(hou)開(kai)始(shi)按(an)到(dao)給(gei)定(ding)的(de)點(dian)運(yun)動(dong)。在(zai)相(xiang)鄰(lin)的(de)兩(liang)個(ge)點(dian)之(zhi)間(jian)采(cai)用(yong)了(le)勻(yun)加(jia)速(su)運(yun)動(dong)
，按(an)照(zhao)位(wei)置(zhi)進(jin)行(xing)點(dian)與(yu)點(dian)的(de)切(qie)換(huan)，改(gai)變(bian)各(ge)個(ge)曲(qu)線(xian)段(duan)的(de)加(jia)速(su)度(du)。在(zai)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)上(shang)位(wei)機(ji)對(dui)電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)的(de)實(shi)際(ji)位(wei)置(zhi)與(yu)速(su)度(du)進(jin)行(xing)隨(sui)機(ji)采(cai)樣(yang)，將(jiang)采(cai)樣(yang)得(de)到(dao)的(de)點(dian)顯(xian)示(shi)在(zai)上(shang)位(wei)機(ji)界(jie)麵(mian)上(shang)
，經(jing)過(guo)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)後(hou)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)電(dian)機(ji)實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)的(de)軌(gui)跡(ji)。由(you)圖(tu)可(ke)知(zhi)，實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)中(zhong)

，都(dou)經(jing)過(guo)設(she)定(ding)的(de)點(dian)。工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)的(de)誤(wu)差(cha)為(wei)2mm ，而實際設計得到的結果誤差隻有0.5mm

，性能大大提高。在高速運行時，如1min 運行40 個周期，電機仍然運行平穩，而工藝上隻要求15 至30 個周期。

 

 

圖6 伺服電機實際運用曲線

 

采用了B&R 的PCC 使通信
、控製、運動變得更加方便、靈活、可靠。由於B&R 的PVI 功能，使通信方便
，成為一個單獨的任務。利用Power - Link 實現了PCC 與12 台伺服之間實時與快速的控製與傳輸。利用PCC 的高級語言C，方便地實現了曲線的生成。而利用B&R 特有的虛軸的概念
，更使電機的運行平穩可靠。