[原创]《DMC130A控制器在双液定量灌注机系统中的应用》

《DMC130A控制器在双液定量灌注机系统中的应用》

作者：姚利民 www.crtmotion.com
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摘要：利用DMC130A高精准的直线插补特性，驱动步进电机旋转设定圈数，带动齿轮泵，实现精确的双液定量；利用DMC130A控制器的寄存器器指令、运算指令，实现对不同出胶比例灵活更改参数的需求；利用DMC300A控制器开放的显示指令，实现了设备运行时状态信息的显示需求。
关键词：
DMC130A运动控制器 步进电机 双液定量灌注 点胶机 科瑞特自动化；
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1.   引言
实际的工业生产中，存在大量需要使用AB胶的场合。根据使用场合的区别、及不同的AB胶材质，AB胶的体积比例、重量比例是多种多样的，但都要求AB两种胶水混合均匀。虽然这种要求对于自动化来讲，并不属于较高的要求，但在实际的工业生产中，却普遍采用纯手工操作：手工按比例分别称/量取两种胶水，混合在一容器内，手工搅拌；再装入注射器或塑胶袋，手工挤/压出，凭经验或眼睛估计判断挤出量的多少。这种方法虽然操作简单、不需要专用设备，但：
1、效率低，纯手工操作，占用大量人工工时。
2、产品一致型差、不良率高：手工搅拌，很难做到搅拌均匀；手工挤压，出胶量不能精确控制。
3、容易产生胶水浪费：一次搅拌混合的胶水必须一次使用完毕，剩余的胶水无法储存。
基于解决以上问题，本人同深圳宝安某自动化设备厂商合作开发的双液定量灌注机系统，通过使用DMC300A控制器，控制两个步进电机，带动齿轮泵，并且配合自动搅拌，有效的解决了上述问题。
2.   DMC130A控制器简介
科瑞特自动化DMC110A运动控制器采用高性能“CPU+FPGA”主控，系统资源丰富、功能强大、使用简单：
1、24K存储空间：支持1024个参数，
2、IO接口充足：16个输入、8个输出，逻辑关系在程序中确定，功能可完全自定义；
3、控制三轴步进电机：XYZ，每轴带两个硬件限位点；
4、高速高性能：支持100KHz脉冲频率，标准的梯形加速曲线；
5、人机交互便捷：内嵌键盘模块、128×64点阵液晶显示，提供显示指令，用户可灵活控制显示；
6、高性能内核模块：系统提供一套完整的指令系统，支持用户进行便捷的二次编程，对于非标数控系统，完全优越于G代码编程；
7、编程方便：可在PC机编程下载用户程序，或在键盘上直接编程；
10.            应用DMC130A的系统分析
科瑞特自动化DMC130A控制器在该灌注机系统上的应用，对于DMC系列运动控制器的高性能、多功能来讲，属于比较简单的应用。但此要求对于“PLC+文本显示”或“CNC”或专用系统来讲，却都显得或复杂、或使用不便、或开发周期长，换句话讲，专业的运动控制器，解决运动控制问题，确实简单。
 利用DMC130A高精准的直线插补指令，实现两个齿轮泵的同步、高速、定量出胶；配合出胶头加装的混合搅拌装置，实现两种胶水的均匀搅拌；
参数输入接口设置为：针对不同的产品对胶量的要求，仅需设置出胶量（体积单位）；根据实际胶水的粘稠度，设置具体的出胶速度（单位体积/秒）；对于不同的胶水材质要求，设置出胶比例（体积比）；利用DMC300A丰富简便的运算指令实现具体单位的参数向脉冲单位的转换；
显示功能：运行中显示当前出胶速度、出胶量、加工次数、当前状态等信息；
启停控制：“Run”接地有效时运行程序，“IN0”接地有效时启动加工、“Stop”接地有效时停止加工过程；
报警检测：‘IN1’、‘IN2’对胶桶中的总胶量进行检测，胶水量低于下限，停止出胶动作；
机械系统需要解决的问题：步进电机转动带动齿轮泵的实现、出胶枪头对胶水搅拌的实现、其他胶水胶路、气阀气路、胶桶加热等。
11.            步进电机运动控制功能的实现
将控制A胶步进电机定义为X轴，B胶步进电机定义为Y轴。AB胶比例决定XY轴直线插补斜率，即X、Y运动脉冲比例；由出胶总量，按AB胶比例，得到X、Y轴的出胶量；根据实际测算出的出胶量与脉冲数的系数，计算得到X、Y轴分别应发的脉冲数；
速度值计算：由设定的出胶速度（ml/10s），根据实际测算出的出胶量与脉冲数的系数，计算得到直线插补的最高速度；当最高速度大于电机的启动速度时，起始速度取固定的步进电机的启动速度，当最高速度小于电机的启动速度时，起始速度取最高速度的一半；加速时间取固定值，在实际中取800ms，基本可以保证高低速出胶的流畅。当然，这里面有个前提，即出胶速度并不要求绝对准确，实际现场使用运行由20％的偏差。但出胶量的准确性要求误差在5％以内；
速度计算程序：(S10:出胶速度，步进电机启动速度500转/分，近似对应3000Hz/s)
      MOVM   M12,S10
      MUL             M12,165 ‘(实际测算的脉冲系数，即0.1ml流量对应脉冲数多少)
      JLD        SP00,M12,3000
      MOV             M10,3000      
      JMP       SP20
SP00:MOVM        M10,M12
      DIV        M10,2
      JMP SP20
SP20: MOV   M11,800
      SPEEDM 3,M10,M11,M12
上述代码完成了脉冲速度值的计算；
   直线插补计算：（S0:出胶量； S20:    A胶比例； S21： B胶比例； S22：X轴脉冲系数； S23：Y轴脉冲系数）
      MOVM M0,S20
      ADDM M0,S21
      MOVM M1,S0
      MULM M1,S20
      MULM M1,S22
      DIVM M1,M0
      MOVM M2,S0
      MULM M2,S21
      MULM M2,S23
      DIVM M2,M0
经过计算，指令“LINIM 3,M1,M2”即可完成设定的出胶动作。
12.            参数设置的实现
系统工作需要设置的参数为：出胶总量、A胶比例、B胶比例、出胶速度、A胶系数、B胶系数等。预先绘制128×64象素图片：
 
将上述两个图片分别下载至控制器参数页面0、1（图片需要顺时针旋转90度），
下载参数页面0时，需要设置四个数值区域对应寄存器为：S0,S10,S20,S21;
下载参数页面1时，需要设置四个数值区域对应寄存器为：S22,S23,S4,S4;
图片下载后，控制器待机状态下按参数键，出现可视参数设置界面，将出现如下界面：

   
通过移动光标键，可分别对以上参数进行设置；系统将自动按设置对应的寄存器序号分别对应S型变量：S0,S10,S20,S21,S22,S23，用户程序中的取值指令将自动获取你设置的参数数值。
13.            状态信息显示的实现
预先绘制如右图所示128×64点阵图片：
将此图片下载至控制器状态画面0；
在程序中使用寄存器/变量：M1，对加工次数进行计数；
在程序中，IN0启动之前，使用如下程序：
      DISPLAY 0,0,0
      DISPLAY 6,S0,4
      DISPLAY 6,S10,5
      DISPLAY 4,4,6
      DISPLAY 6,M0,6
运行程序后，在脚踏开关（IN0）按下之前，控制器将显示如右图的界面：
在程序中，IN0启动之后，使用如下程序：
      DISPLAY 4,4,6
      DISPLAY 6,M1,6
      DISPLAY 4,6,7
脚踏开关（IN0）按下之后，即灌注工作过程中，
显示如右图的界面：
14.            效果及结论
在该项目正式立项后，首先确定了步进电机及驱动器选型，进而确定了机械结构；机械的初次定型耗时2周左右，而控制系统软件在了解灌注机工艺流程之后，编写程序耗时一个小时左右；在机械初次定型后，花费3个小时左右的调试，控制系统已基本满足了设计要求；后来，机械结构进行了部分必须的技术改进（主要为出胶口搅拌技术），经在多家工厂的产品批量灌注生产及测试，控制系统可靠、精确。
因此，对应此类非标应用步进电机的控制系统，使用DMC300A控制器，可以做到性能可靠、开发周期短，使设备厂商可以把精力集中在自己擅长的机械结构上：设备产品早一天上市，就能获得更多的市场机会；省去了专用控制系统繁杂、长周期的开发过程，又不会出现使用PLC进行痛苦的编程调试，步进脉冲定量控制、速度控制捉襟见肘，等等。
总之，选用了合适的控制系统，你的产品就成功了一半。
15.            参考文献
i、《CRT-DMC手册》：深圳市科瑞特自动化技术有限公司产品手册
ii、《DMC300A控制器在钨丝绕线系统中的应用》 姚利民.2007-12-20
16.            版权说明
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