Compumotor伺服控制器在數控植毛機械中的應用
摘 要：敘述了多軸伺服控制器OEM6450的硬軟件特征，并成功地用于數控植毛機控制系統的設計與實現。經廠方幾年使用，控制系統動態響應快、控制精度高、運行可靠。
關鍵詞：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與智能驅動器ZETA6104的主從結構及它與人機界面、智能驅動器、負載的連接示意圖。下面對數控植毛機所涉及的主要技術特征進行簡述。
（1）兩種語言編程：Compumotor工控使用自己特有6OOO[4]系列命令語言，屬于文本結構； 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／驅動軸的運行曲線按PIV&F控制算法響應．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／驅動動靜態性能的要求。圖2給制專業教學和PLC技術應用開發。
（3）快速狀態寄存器：8塊八雙字節的快速狀態寄存器器（ R，Fste Status Registers）。包括了17種缺省的標準FSR信息。如軸給定速度、編碼檢查誤差、軸狀態、可編輸入／輸出狀態等等。用戶可通過指令對第三到八部分中的內容進行設置。用戶通過RP240讀取FSR。對控制對象狀態進行實時監控。
（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，監控控制等。RP240常用指令有DCEAR （清除顯示）、DPCUR（顯示光標）、DWRITE （顯示文件）、DREAD （讀數據）、DREADF（讀功能鍵狀態）、DVAR（顯示變量）、DJOG（進入點動模式）。
（6）智能伺服驅動器：ZETA6104屬于定位與驅動器．它集通信、檢測、控制及驅動為一體的電路。直接驅動步進電機或伺服電機，實現一維定位驅動。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和串聯。其輸出電路設置驅動管橋臂互鎖保護功能。供電電源110V工頻交流。本系統為提高電機的響應速度和接線方便而采用串聯。
2 植毛機的機械結構與控制要求
（1）機械結構：主要是植毛機頭，送銅機構，送毛機構，毛孔定位系統。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為毛刷產品，7為夾具， 8為絲桿傳動機構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。針頭被電機驅動而上下運動；② 送銅機構，將銅片送到針頭下方待切刀將其切斷；③送毛機構。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品的預定孔中。針頭與切刀的動力由交流變頻電機提供，送銅機構與送毛機構由氣動驅動來完成；④ 毛孔定位控制 通過四個伺服控制電機驅動工作臺和具．實現針頭在曲面坐標中正確定位。圖4給出了針頭在曲面產插孔的運動軌跡。針頭應正對曲面上坐標點，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．并要求各部件相互協調并緊密配合，及時修正機械積累誤差以確保機器正常運行。根據植毛工藝過程，要求有手動（MAN）、預置（PRESET）、自動（AUTO）三種工作方式， 以完成產品首樣仿真程序輸入、自動運行程序、實時監控和控制。
手動方式：① 對各軸實現點動控制，各軸正反轉，高低速行走，指令插入和刪除等；②數據和用戶程序轉發；③ 四軸同時歸零。預置方式：① 各軸單獨準確定位；②各軸單獨歸零。
預置方式：① 各軸單獨準確定位；②各軸單獨歸零。
自動方式：① 四軸聯動步進插孔；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，主機在完成一個產品后對各軸重新修整。即統一歸零。
其它：（D針頭驅動控制以滿足針頭上下速度、沖擊力、停頓及制動，并隨產品要求進行設置或調節；②針頭下降超位保護當針頭下落超位時，超位開關動作。機器停止工作，以確保針頭不打彎或產品斷裂；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動器上：考慮到開關信號輸入可靠性，圖5給出各軸的歸零檢測、終端限位的接線。
3 系統的軟件設計
系統軟件功能包括：伺服控制算法； 自動步進植毛：主從結構通信；RP240手動與預置、操作開關、PLC及其他開關控制等。除了PLC采用梯形控制語言外，其它用戶程序均是建立在6000系列結構文本上，實現主從機通信、控制、監控及顯示等。系統控制主要程序有產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同時調節各軸的加速度或減速度。
（2）0EM6450通信：0EM6450與RP240、各智能驅動器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INPLC、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，各軸按產品首樣輸入仿真程序進行坐標定位，等待PLC控制送銅、送毛及植毛，主控制器OEM6450協調聯動各動作。
4 結束語
本控制系統自1999年投入運行以來，用戶反映比原前幾種的控制系統動態響應快，運行可靠、工效高，并且通信聯網，對建立產品檔案十分方便。6000系列語言接近于IEC標準語言，通用性好，編程簡單。以往，Com．pumoter控制器用于高尖端領域，在民用應用較少，但是，隨著國外技術壁壘降低，應用成本會不斷降低，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】車延東，等．AT6450在數恐切管機中的應用叨．電氣自動化2oo2，1．
關鍵詞：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
在刷品制造業中。生產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中最關鍵工序。許多產品的插毛面呈現曲面形狀。要求在五維坐標上精確定位。采用四軸伺服控制器0EM 6450 [1]，利用原系統的智能驅動器ZETA6104[2]和人機界面RP240一NEMA4[3]．能實現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與智能驅動器ZETA6104的主從結構及它與人機界面、智能驅動器、負載的連接示意圖。下面對數控植毛機所涉及的主要技術特征進行簡述。
（1）兩種語言編程：Compumotor工控使用自己特有6OOO[4]系列命令語言，屬于文本結構； 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／驅動軸的運行曲線按PIV&F控制算法響應．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／驅動動靜態性能的要求。圖2給制專業教學和PLC技術應用開發。
（3）快速狀態寄存器：8塊八雙字節的快速狀態寄存器器（ R，Fste Status Registers）。包括了17種缺省的標準FSR信息。如軸給定速度、編碼檢查誤差、軸狀態、可編輸入／輸出狀態等等。用戶可通過指令對第三到八部分中的內容進行設置。用戶通過RP240讀取FSR。對控制對象狀態進行實時監控。
（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，監控控制等。RP240常用指令有DCEAR （清除顯示）、DPCUR（顯示光標）、DWRITE （顯示文件）、DREAD （讀數據）、DREADF（讀功能鍵狀態）、DVAR（顯示變量）、DJOG（進入點動模式）。
（6）智能伺服驅動器：ZETA6104屬于定位與驅動器．它集通信、檢測、控制及驅動為一體的電路。直接驅動步進電機或伺服電機，實現一維定位驅動。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和串聯。其輸出電路設置驅動管橋臂互鎖保護功能。供電電源110V工頻交流。本系統為提高電機的響應速度和接線方便而采用串聯。
2 植毛機的機械結構與控制要求
（1）機械結構：主要是植毛機頭，送銅機構，送毛機構，毛孔定位系統。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為毛刷產品，7為夾具， 8為絲桿傳動機構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。針頭被電機驅動而上下運動；② 送銅機構，將銅片送到針頭下方待切刀將其切斷；③送毛機構。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品的預定孔中。針頭與切刀的動力由交流變頻電機提供，送銅機構與送毛機構由氣動驅動來完成；④ 毛孔定位控制 通過四個伺服控制電機驅動工作臺和具．實現針頭在曲面坐標中正確定位。圖4給出了針頭在曲面產插孔的運動軌跡。針頭應正對曲面上坐標點，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 對各軸實現點動控制，各軸正反轉，高低速行走，指令插入和刪除等；②數據和用戶程序轉發；③ 四軸同時歸零。預置方式：① 各軸單獨準確定位；②各軸單獨歸零。
預置方式：① 各軸單獨準確定位；②各軸單獨歸零。
自動方式：① 四軸聯動步進插孔；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，主機在完成一個產品后對各軸重新修整。即統一歸零。
其它：（D針頭驅動控制以滿足針頭上下速度、沖擊力、停頓及制動，并隨產品要求進行設置或調節；②針頭下降超位保護當針頭下落超位時，超位開關動作。機器停止工作，以確保針頭不打彎或產品斷裂；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動器上：考慮到開關信號輸入可靠性，圖5給出各軸的歸零檢測、終端限位的接線。
3 系統的軟件設計
系統軟件功能包括：伺服控制算法； 自動步進植毛：主從結構通信；RP240手動與預置、操作開關、PLC及其他開關控制等。除了PLC采用梯形控制語言外，其它用戶程序均是建立在6000系列結構文本上，實現主從機通信、控制、監控及顯示等。系統控制主要程序有產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同時調節各軸的加速度或減速度。
（2）0EM6450通信：0EM6450與RP240、各智能驅動器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INPLC、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，各軸按產品首樣輸入仿真程序進行坐標定位，等待PLC控制送銅、送毛及植毛，主控制器OEM6450協調聯動各動作。
4 結束語
本控制系統自1999年投入運行以來，用戶反映比原前幾種的控制系統動態響應快，運行可靠、工效高，并且通信聯網，對建立產品檔案十分方便。6000系列語言接近于IEC標準語言，通用性好，編程簡單。以往，Com．pumoter控制器用于高尖端領域，在民用應用較少，但是，隨著國外技術壁壘降低，應用成本會不斷降低，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】車延東，等．AT6450在數恐切管機中的應用叨．電氣自動化2oo2，1．
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