基于臺達(dá)20PM的點膠機數(shù)控系統(tǒng)

1 引言

　　點膠機是專門對液體體進行控制，將液體點滴、涂覆、灌封于產(chǎn)品表面或產(chǎn)品內(nèi)部的自動化機器。點膠機主要用于產(chǎn)品工藝中的膠水、油以及其他液體的粘接、灌注、涂層、密封、

　　填充、點滴、線形/弧形/圓形涂膠等。自動點膠機在工業(yè)制造中越來越得到廣泛的應(yīng)用，小到手機、鏡頭、IC封裝、LCD、LED、筆記本電腦、數(shù)碼相機、SCP、BGA、二極管、三極管、精密機械等；大到飛機、汽車、機械制造等，都需要精密的點膠設(shè)備支持。點膠還是SMT（表面貼裝技術(shù)）PCB印制電路板制基本工藝流程。SMT流程由點膠-貼裝（固化）-回流焊接-清洗-檢測等工藝環(huán)節(jié)組成。其中，點膠工藝作用是將焊膏或貼片膠漏印到PCB的焊盤上，為元器件的貼裝和焊接做準(zhǔn)備，位于SMT生產(chǎn)線的最前端。

　　2 點膠機運動控制

　　2.1 點膠工藝

　　流體點膠廣泛應(yīng)用于批量生產(chǎn)中，產(chǎn)品的質(zhì)量是由生產(chǎn)過程決定的，而不是僅依靠質(zhì)量檢查部門來保證。因而，生產(chǎn)過程中人式控制操作的環(huán)節(jié)越少，造成的生產(chǎn)不一致性越少，返式和退貨率越低。點膠機及其配件的配套體系能控制點膠過程均一穩(wěn)定和較高的一致性。使用高品質(zhì)的點膠系統(tǒng)可以避免因為操作式技術(shù)水平參差不齊和生產(chǎn)中的換班對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能造成的影響。點膠技術(shù)能保證流體點膠量的均一穩(wěn)定，從而保證了最終產(chǎn)品質(zhì)量的可靠一致性。

　　2.2 點膠控制

　　（1）直觀方便的圖形操作界面。點膠過程中速度和軌跡可以調(diào)整。編輯和教導(dǎo)式錄入軌跡參數(shù)，操作簡單方便。采用教導(dǎo)踩點的方式產(chǎn)生加工文件，可進行單步調(diào)試。單步或自動加工方式。采用配方格式保存加工文件，方便通過計算機修改。可保存多組點膠工藝。

　　（2）點膠精度高，軌跡均勻, 出膠穩(wěn)定，效率高。多維自由度空間軌跡運動。采用軟件插補，可實現(xiàn)快速直線、圓弧插補及各類復(fù)雜軌跡運動。可在任意點設(shè)置進槍、退槍、開槍、關(guān)槍等操作。

　　3  20PM運動控制PLC解決方案

　　3.1 運動控制PLC簡介

　　臺達(dá)DVP-20PM00D是一款具有運動控制專用功能的可編程控制器。DVP-20PM00D的最大特點是PLC主機直接提供電子凸輪功能，或者說DVP-20PM00D是內(nèi)置電子凸輪功能的PLC,所以有些場所直接稱呼DVP-20PM00D為臺達(dá)20PM運動控制器。

　　20PM具有2路500KHz的輸入與輸出，在電子凸輪功能中定義X軸為從軸，編碼器輸入軸為主軸，當(dāng)定義好CAM Table后，從軸依據(jù)定義的曲線跟隨主軸運動。采用高速雙CPU結(jié)構(gòu)形式，利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現(xiàn)各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等，點膠機數(shù)控系統(tǒng)正是利用了20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了復(fù)雜高精度點膠軌跡實現(xiàn)問題。20PM的主要特點：

　　（1）20PM適用于高速、高精度、高復(fù)雜的運動控制場合；

　　（2）多段速執(zhí)行及中斷定位；

　　（3）64K 大容量, 內(nèi)置Flash存儲體；

　　（5）兩組差分脈沖輸出，最高脈沖輸出達(dá)500KHz；

　　（6）兩組手搖輪控制；

　　（7）內(nèi)置電子凸輪功能，輕松實現(xiàn)繞線、飛剪、追剪等應(yīng)用；

　　（8）支持PLC順序邏輯控制及NC控制(G 碼與M碼)。

　　3.2 運動控制解決方案

　　全自動數(shù)控點膠機基于臺達(dá)20PM00D運動控制型PLC、DOP-B07S200觸摸屏、01PU-H2驅(qū)動器、步進電機等實現(xiàn)3軸控制功能，配置如表1所示。0PM00D控制兩軸構(gòu)成X/Y坐標(biāo)系統(tǒng)，采用G碼完成直線或圓弧插補完成軌跡運動，定位點膠位置，另外01PU控制一軸Z軸為獨立運動，控制點膠槍，實現(xiàn)了設(shè)備的點動、原點回歸、半自動及自動運行，并且通過配方功能實現(xiàn)了軌跡形狀任意。用戶可以在人機界面上設(shè)定點膠做動作,外部有一個急停按鈕。

　　步進電機的驅(qū)動力和步進驅(qū)動器的細(xì)分度、接受脈沖的方式。步進電機啟動器的細(xì)分度能提高精度。20PM是差動脈沖輸出，所以對應(yīng)的步進驅(qū)動器也要選擇差動脈沖輸入的型號。我們選擇步進啟動器細(xì)分度為200，步進電機40000個脈沖1轉(zhuǎn)達(dá)到要求的精度。需要了解步進電機轉(zhuǎn)1圈皮帶直線前進多少距離，還有皮帶運動的正反方向。導(dǎo)軌上需要安裝左、右極限開關(guān)和原點回歸的近點信號開關(guān)，這些信號對應(yīng)的要接到20PM和01PU相應(yīng)的端子。然后做最小步進試驗，發(fā)出10個脈沖檢測到2條（0.002毫米）的動作，這就是最小誤差，經(jīng)過實際運行，點膠運動完全符合精度要求。

　　表1 數(shù)控點膠機設(shè)備配置

產(chǎn)品	數(shù)量	類型
20PM00D	1	PLC
DVP01PU-H2	1	PLC特殊模塊
DOP-B07S200	1	HMI
步進電機	3	步進電機
步進電機驅(qū)動器200細(xì)分差動輸入	2	步進點驅(qū)動器
步進電機驅(qū)動器2細(xì)分差動輸入	1	步進電機（Z軸）
導(dǎo)軌、皮帶	3套
皮帶及齒輪	3套
光電限位開關(guān)	9個	開關(guān)
移動平臺	1個	平板
固定膠水的固件	1個
開關(guān)按鈕	1個	按鈕
機架	1套
24VDC開關(guān)電源	1個	電源

　　4  數(shù)控系統(tǒng)編程

　　20PM有專門的編程軟件PMSoft 1.03。啟動時通過新建一個程序?qū)崿F(xiàn)的。

　　4.1 初始化

　　上電初期啟動正方向脈沖初始化X/Y/Z軸的基本參數(shù)，如圖1圖、2所示。

　　圖1 運動方向初始化

　　圖2 工作模式初始化

　　01PU是特殊模塊需要用FORM/TO指令對其操作。需要注意的是FROM/TO指令比較占用掃描時間不要使用太多，一次就把需要的賦值的參數(shù)設(shè)置好，而且不要使用一直賦值指令。參考20PM編程手冊和特殊模塊編程手冊，需要設(shè)置的基本參數(shù)有：

　　（1）發(fā)送脈沖的方式：脈沖加方向20PM 的X軸賦值K16給D1816,Y軸賦值K16給D189601PU 用TO指令賦值K16到CR#5；

　　（2）原點回歸速度；

　　（3）寸動速度：可以小些；

　　（4）X/Y/Z軸工作模式：左右極限停止模式；

　　（5）減速度、加速度設(shè)定可以根據(jù)實際設(shè)定。

　　4.2 坐標(biāo)定義

　　根據(jù)需要可以做上電自動原點回歸動作，回歸后坐標(biāo)置0，如圖3所示。

　　      圖3坐標(biāo)定義

　　4.3 HMI 控制及顯示X/Y/Z軸寸動程序

　　如圖4所示，M5/M6控制X軸正向/反向寸動，M7/M8控制Y軸正向/反向寸動，M13/M14控制Z軸正向/反向寸動。

　　如圖5所示，HMI只需要做6個置位按鈕對應(yīng)M5、M6、M7、M8、M13、M14，再做6個數(shù)字顯示對應(yīng)的現(xiàn)在位置寄存器就可以實現(xiàn)在HMI上控制顯示X/Y/Z軸坐標(biāo)位置。再做一個按鈕把X/Y/Z軸的現(xiàn)在位置賦值給特定的寄存器，就可以用這些寄存器作為運動控制的位置坐標(biāo)，實現(xiàn)對運動的自由編輯。

　　圖4 寸動控制

　　圖5  HMI變量鏈接

4.4 運動控制啟動程序

　　首先向D1868中賦值H8003選中運動子程序0X3，然后啟動運動子程序。觸發(fā)條件可以用外部開關(guān)信號觸發(fā)，如圖6所示。

圖6 運動控制系統(tǒng)啟動

　　4.5 運動子程序編寫

　　 編程樹形圖如下所示：

　　子程序主要完成G碼運動控制。要靈活運用Z0變址寄存器來實現(xiàn)，我們把運動數(shù)據(jù)放在D2000開始的寄存器里如圖7所示。

　　圖7 G碼運動數(shù)據(jù)

　　我們這里用到的G碼有G01直線運動、G02順時針圓弧插補運動控制、G03逆時針圓弧插補運動控制。可以看到我們需要G碼選擇2個字、X坐標(biāo)2個字、Y軸坐標(biāo)2個字、半徑2個字、速度2個字，備用2個字。相當(dāng)于1條運動指令我們需要12個字。所以我們只需要執(zhí)行一條運動指令后Z0加12，在把新的數(shù)據(jù)賦值到D3500-D3508里面就可以了。讓程序在子程序里循環(huán)檢測，檢測到D2000Z0為1的時候調(diào)用G01、為2時調(diào)用G02、3時調(diào)用G03、4時用FROM/TO指令完成對01PU的運動控制，直到檢測到G碼D2000Z0為0跳出子程序，如圖8所示。

　圖8碼運動控制

　　4.6 人機界面HMI程序

　　主要包括對D2000以后的寄存器賦值和顯示的功能，這里可以用配方配合。還有在HMI上點動設(shè)置好X/Y/Z的坐標(biāo)下載到D2000以后的寄存器里。可以在根據(jù)需要在做個當(dāng)Z軸到指定坐標(biāo)后Y0輸出，讓膠水動作。

　　用臺達(dá)Screen Editor 2.00.05里選擇-工具-32配方-新建1個100×6的配方，在上面的地址欄填數(shù)據(jù)的起始地址1@    D2000，然后里面填好需要的數(shù)據(jù)。做個新界面做一些數(shù)據(jù)顯示的框地址從RCP0開始對應(yīng)D2000，用RCPNO和RCPG選擇組數(shù)和配方數(shù)。用控制區(qū)第5個字的第2位和第3位控制配方的上傳、下載，如圖下所示：

　　5  結(jié)束語

　　使用20PM能很好的實現(xiàn)點膠機的功能。編輯和踩點式錄入軌跡參數(shù)、速度可以自由設(shè)定，界面操作簡單方便。經(jīng)過測試我們畫出的圓達(dá)到半徑1.5毫米不會走形，完全滿足用戶要求。整個設(shè)備的精度還和機械設(shè)備有關(guān)系，比如：如果用伺服電機代替步進電機、絲桿代替皮帶的話，可能在高速點膠過程中精度更穩(wěn)定。實踐證明20PM在運動控制中穩(wěn)定可靠，本案例可以應(yīng)用到相關(guān)機械設(shè)備。