摘要：利用科瑞特自動化DMC300A運動控製器對步進電機控製的高效加速、高速運行、高精準的直線插補功能，實現了高速繞線機的控製需求；利用DMC300A控製器的寄存器器指令、運算指令，實現了繞線機對不同規格產(chan) 品靈活更改參數的需求；利用DMC300A控製器開放的顯示指令，實現了設備運行時狀態信息的顯示需求。

　　關(guan) 鍵詞：DMC300A運動控製器 步進電機 繞線機 直線插補 科瑞特自動化；

　　1. 引言

　　二十一世紀以來，各類科學技術得到了迅猛的發展；在我國國內(nei) ，神五、神六已成功升空，但自動化設備的普及與(yu) 技術更新卻遠遠落後於(yu) 時代的發展。在工業(ye) 生產(chan) 領域，半自動化、手工勞作等需要大量人工的現象仍普遍存在。在本人所在的珠三角地區為(wei) 例，雖然屬於(yu) 國內(nei) 工業(ye) 化、自動化最發達的地區，但是幾乎所有的工業(ye) 區仍是以大量的手工操作工為(wei) 主要生產(chan) 力的工廠構成；在招工越來越難招、工人最低工資不斷提高的現實情況下，通過對原有生產(chan) 設備控製係統的技術升級，以提高設備的自動化水平、提高設備的生產(chan) 效率、提高產(chan) 品的合格率，已成為(wei) 刻不容緩的企業(ye) 生存的必然選擇。

　　科瑞特自動化DMC係列運動控製器是專(zhuan) 門針對涉及定長、定位、圖形曲線加工的生產(chan) 、測試等自動化設備研發設計的專(zhuan) 業(ye) 型高端通用運動控製器，功能強大、使用簡單，可完全替代“PLC+文本顯示”，並替代市場上已有的步進電機專(zhuan) 用型非專(zhuan) 業(ye) 控製係統。

　　經對東(dong) 莞某照明產(chan) 品廠鎢絲(si) 高速繞線設備的控製實踐，無論生產(chan) 效率、產(chan) 品合格率、設備運行穩定型各方麵均取得了良好的效果，相比原有設備性能有了質的飛越，現已批量使用，並極具推廣價(jia) 值。

　　2. DMC300A運動控製器簡介

　　DMC300A控製器采用高性能“DSP+FPGA”主控，係統資源豐(feng) 富、功能強大、使用簡單：

　　l 32M存儲(chu) 空間：支持768個(ge) 程序、768個(ge) 參數組，每個(ge) 參數組包括4096個(ge) 參數，程序和參數組可任意對應，即理論上支持768×768個(ge) 產(chan) 品規格；

　　l 完全的三軸數控係統：支持任意兩(liang) 軸直線、圓弧插補，每軸帶兩(liang) 個(ge) 硬件限位點；

　　l IO接口充足：16個(ge) 輸入、8個(ge) 輸出，邏輯關(guan) 係在程序中確定，功能可完全自定義(yi) ；

　　l 高速高性能：支持每軸200KHz脈衝(chong) 頻率，標準的梯形加速曲線；

　　l 人機交互便捷：內(nei) 嵌鍵盤模塊、128×64點陣液晶顯示，提供顯示指令，用戶可靈活控製顯示；

　　l 高性能內(nei) 核模塊：係統提供一套完整的指令係統，支持用戶進行便捷的二次編程，對於(yu) 非標數控係統，完全優(you) 越於(yu) G#p#分頁標題#e#代碼編程；

　　l 編程方便：可在PC機編程下載用戶程序，或在鍵盤上直接編程；

　　3. 原設備控製係統分析

　　該繞線機設備原配備了產(chan) 自台灣的控製係統，主要針對照明產(chan) 品的鎢絲(si) 高速繞線。控製係統構成包括：專(zhuan) 用數控控製器、交流電機、200線編碼器、86係列步進電機及驅動器各一套；

　　控製原理：交流電機帶動繞線旋轉，並將旋轉傳(chuan) 動至200線編碼器，編碼器脈衝(chong) 信號接入控製器，通過預先設置的參數，將編碼器脈衝(chong) 數字過濾接入步進電機驅動器，完成步進電機對排線的控製。

　　現實情況：該係統針對連續一致型鎢絲(si) 繞線需求，雖然效率較低，但基本可以滿足要求；但對當前越來越多的分段間隔繞線需求，繞線速率最大不超過500轉/分，並且繞製產(chan) 品不良率過高，合格率僅(jin) 有87％左右，極大地增加了後續加工的壓力，總體(ti) 效率極低，致使該廠由於(yu) 此問題，有定單也不敢接；提升設備性能迫在眉睫！

　　技術分析：由於(yu) 原係統控製構架的天生缺陷，出現這種現象在所難免：問題主要出在排線電機（步進電機）速度太低；步進電機是一種剛性的執行機構，驅動電路一般采用開環控製，因此步進電機隻能以較低速啟動，並經加速逐步達到較高的運行速度，否之，步進電機將出現丟(diu) 步的現象，進而失去控製；

　　原係統對排線步進電機的控製是通過被動地對接收到的編碼器脈衝(chong) 進行數字濾波，該編碼脈衝(chong) 在設備運行時由於(yu) 繞線電機的勻速運轉，脈衝(chong) 頻率固定；因此對於(yu) 連續一致型繞線，雖然啟動時繞製了不合格品，但由於(yu) 交流電機亦由低速啟動，對於(yu) 排線電機來講，自然得到了一個(ge) 加速過程，雖加速不太理想，但畢竟能達到一個(ge) 較高的速度，因此在此中情況下，係統勉強可行；但對分段間隔繞線，無論硬件或是軟件都很難通過對一固定頻率脈衝(chong) 的數字濾波達到滿足步進電機運行特性的脈衝(chong) 信號，並且還要滿足設定的間隔繞製參數。因此，要“質的提高”優(you) 化設備性能，必須優(you) 化係統控製框架。

　　4. 應用DMC300A的係統分析

　　對於(yu) 繞線係統，尤其是間隔繞線需求，最優(you) 的方案就是利用兩(liang) 個(ge) 步進電機進行直線插補，但這是以控製係統的高速高精度為(wei) 前提的。

　　對於(yu) DMC300A係統，高速、高精度都不成問題。DMC300A係統在直線插補的情況下，可以控製步進電機在500毫秒左右的時間加速至3000轉/分鍾。

　　去掉交流電機和編碼器，改為(wei) 兩(liang) 軸步進係統，通過直線插補完成繞線過程。

　　對於(yu) 連續一致型繞線，隻需設置一段直線插補；對於(yu) 分段間隔繞線，有多少則設幾段直線插補；實際應用為(wei) 一段緊密繞線（CAP，對繞製圈數、長度有要求），一段跳躍（GAP，要求繞製圈數越少越好，長度有要求）；利用DMC300A的高精準直線插補性能，實現均勻排線。

　　參數輸入接口設置為(wei) ：操作者設置繞線速度（轉/分）、GAP速度（轉#p#分頁標題#e#/分）、CAP長度、CAP圈數、GAP長度、GAP圈數；

　　顯示功能：運行中顯示當前CAP長度、圈數，GAP長度、圈數；

　　啟停控製：“Run”接地有效時運行程序，“IN0”接地有效時啟動加工、“Stop”接地有效時停止加工過程；

　　報警檢測：“IN1”對斷線進行檢測判斷，如果發生斷線，係統停止工作；

　　5. 電機控製功能的實現

　　實際係統中，將繞線軸定義(yi) 為(wei) X軸，排線軸定義(yi) 為(wei) Y軸；排線軸步進電機驅動器采用32細分，即控製器發6400個(ge) 脈衝(chong) ，電機旋轉一周，排線30mm；繞線軸步進電機啟動驅動器采用8細分，即控製器發1600個(ge) 脈衝(chong) ，電機旋轉一周，即繞線一圈；

　　繞線速度的設定：僅(jin) 需在直線插補運動指令插入速度指令即可；但是需要在程序中將速度設定值轉換為(wei) 脈衝(chong) 頻率設置值：（速度為(wei) S0010 單位：轉/分鍾）

　　 MOVM M10, S10

　　 MUL M10, 1600

　　 DIV M10, 60

　　 經過計算，M10中數值即為(wei) 脈衝(chong) 頻率值；

　　同理，GAP速度的設定：

　　MOVM M10, S11

　　 MUL M10, 1600

　　 DIV M10, 60

　　 經過計算，M10中數值即為(wei) 脈衝(chong) 頻率值；

　　直線插補時，兩(liang) 個(ge) 運動軸的運動距離由GAP/CAP段、兩(liang) 個(ge) 電機總的運動圈數、根據驅動器細分數計算決(jue) 定；（GAP 段：GAP圈數S0012，GAP長度 S0001 ）

　　 MOVM M20, S12

#p#分頁標題#e#　　 MUL M20, 1600

　　 MOVM M21, S1

　　 MUL M21, 6400

　　 DIV M21, 30

　　 經過計算，指令“LINID 3, M20, M21”即可實現GAP段運動；

　　同理，CAP段： CAP圈數S0013，CAP長度 S0002 計算如下：

　　MOVM M22, S13

　　 MUL M22, 1600

　　 MOVM M23, S2

　　 MUL M23, 6400

　　 DIV M23, 30

　　 經過計算，指令“LINID 3, M22, M23”即可實現CAP段運動；

　　6. 參數設置的實現

　　產(chan) 品規格相關(guan) 的參數為(wei) ：繞線速度、GAP速度、CAP圈數、CAP距離、GAP圈數、GAP距離，共6個(ge) 參數。DMC300A最多支持768×4個(ge) 參數可以以可視參數的方式進行設置。即DMC300A控製器待機狀態下，按‘參數鍵’出現如下圖所示界麵（翻頁顯示另一個(ge) ）：

　　左邊文字為(wei) 由Windows係統自帶的畫圖工具繪製的圖片，下載至控製器；右邊為(wei) 四個(ge) S寄存器數值輸入區，分別對應的S寄存器序號可以在圖片下載時指定。

　　圖片一四個(ge) S寄存器分別指定為(wei) ：S0010、S0011、S0012、S0001；

　　圖片二四個(ge) S寄存器分別指定為(wei) ：S0013、S0002、S0004、S0004#p#分頁標題#e#

　　（下載圖片時對S寄存器序號指定的方法請參考《DMC控製器說明書(shu) 》）。

　　7. 狀態信息顯示的實現

　　應用DMC300A控製器實現設備運行時顯示信息較為(wei) 簡單：將所要顯示的文字、圖片信息繪製為(wei) 128×64點陣大小的圖片，下載至控製器，在控製器編程時使用顯示指令，在適當的地方插入即可。

　　在本設備應用時，預先繪製如下圖片：

　　將這兩(liang) 個(ge) 畫麵分別下載至控製器狀態畫麵1、2；

　　DISPLAY 0,0,0

　　 DISPLAY 6,S13,4

　　DISPLAY 6,S2,5

　　 DISPLAY 6,S12,6

　　 DISPLAY 6,S1,7

　　實現了對畫麵一及對應的數值的顯示，顯示結果如右圖；

　　DISPLAY 0,1,0

　　 DISPLAY 6,S10,4

　　DISPLAY 6,S11,5

　　 DISPLAY 6,M0,6

　　 DISPLAY 6,M1,7

　　實現了對畫麵二及對應的數值的顯示，顯示結果如右圖；

　　將這兩(liang) 組顯示指令作為(wei) 顯示模塊在程序循環中更替顯示，

　　即可實現設備運行時狀態信息的顯示功能。

　　8. 效果及結論

　　經DMC300A運動控製器係統改造的鎢絲(si) 繞線機，經實際工廠使用並測試，生產(chan) 產(chan) 品合格率在99.97%左右；整機效率較原係統提升3.4倍；24套係統3個(ge) 月的使用時間內(nei) (平均每天工作11.3小時#p#分頁標題#e#)，故障率為(wei) 0。

　　針對目前人工成本日逐提高、產(chan) 品規格越來越多、產(chan) 品參數要求越來越嚴(yan) 格，及時提高設備的性能以提升公司的競爭(zheng) 力已成為(wei) 眾(zhong) 多生產(chan) 廠商的不二選擇，而為(wei) 生產(chan) 設備配備專(zhuan) 業(ye) 的數控係統將是這所有的問題得以解決(jue) 的最簡捷的方法。DMC係列專(zhuan) 業(ye) 控製器的出現專(zhuan) 為(wei) 解決(jue) 此類問題。

　　9. 參考文獻

　　【1】 《CRT-DMC控製器說明書(shu) 》：深圳市科瑞特自動化產(chan) 品手冊(ce)