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在汽車制造行業(yè)的汽車門板制造領(lǐng)域，為了減少生產(chǎn)場地占用，同時不降低生產(chǎn)效率，有了進(jìn)口的4焊頭超音波焊機(jī)的推向市場。為了搶占技術(shù)革新中的該塊市場，上海津信與客戶共同開發(fā)了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)領(lǐng)先，且具有價(jià)格競爭優(yōu)勢的國產(chǎn)4焊頭12軸超音波焊機(jī)，此設(shè)備控制部分主要采用了三菱FX3U系列PLC和臺達(dá)B2系列伺服。

一、系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

控制交互界面選用了市場上廣泛使用的臺達(dá)B系列10寸HMI；因?yàn)榭蛻艄S舊設(shè)備多來自日本，使用三菱自動化的產(chǎn)品，故依客戶要求為了便于設(shè)備維護(hù)，PLC選擇三菱FX3U系列；伺服驅(qū)動器選擇了市場占有率高且性價(jià)比極高的臺達(dá)B2系列伺服。

HMI和焊頭1的PLC之間采用三菱支持的RS422通訊，通訊速率可達(dá)115200bps。焊頭1的PLC和其它三個焊頭的PLC之間采用三菱PLC支持的N:N網(wǎng)絡(luò)，通訊速率最高為19200bps。

存儲在HMI上的配方數(shù)據(jù)、后面三個焊頭的運(yùn)動參數(shù)及控制命令和后面三個焊頭的當(dāng)前位置及狀態(tài)等均需通過N:N網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和共享。

配方里面的焊點(diǎn)焊接數(shù)據(jù)可以直接手動輸入（包括將備份的配方數(shù)據(jù)批量下載到HMI），也可以點(diǎn)動示教到焊點(diǎn)以后存儲焊點(diǎn)焊接數(shù)據(jù)到配方。

此外，該焊機(jī)具有自動門板識別功能，可以防止操作人員使用錯誤的焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行焊接生產(chǎn)，從源頭上防止了損壞設(shè)備或者生產(chǎn)材料的可能。

二、主要問題和解決方案

在開發(fā)過程中，主要解決了4個焊頭的防止撞擊的安全處理和配方及工作參數(shù)的穩(wěn)定傳輸問題。

4個焊頭的X/Y軸的正常工作速度為300mm/s左右，Z軸為350～400mm/s，因此解決工作過程中的碰撞安全問題是很重要的。當(dāng)然，正常工作時，如果路徑規(guī)劃合理是不應(yīng)該出現(xiàn)碰撞的，碰撞主要發(fā)生在以下2種可能性時：用戶數(shù)據(jù)設(shè)置錯誤和和由于各種原因沒有正確成功尋找軸原點(diǎn)。此外，一種從未遇到但也在防范考慮的原因就是控制器程序異常運(yùn)行。

設(shè)備調(diào)試中發(fā)現(xiàn)路徑的規(guī)劃是該設(shè)備正常生產(chǎn)的一項(xiàng)耗費(fèi)時間和精力的內(nèi)容。因?yàn)殚T板的焊點(diǎn)在某些部位過于密集，而該區(qū)域又只能由不同的焊頭來完成，就需要考慮如何協(xié)調(diào)各焊頭的動作，使其能有個先后順序，在不同的時間到達(dá)該區(qū)域進(jìn)行焊接，而焊接時間和冷卻時間會影響到焊頭到達(dá)某一焊點(diǎn)的時刻，所以加入防撞處理也顯得對于防范操作人員誤操作引入的撞擊可能特別重要。

三菱N:N網(wǎng)絡(luò)采用有限的8個數(shù)據(jù)寄存器來共享數(shù)據(jù)，而設(shè)備需要傳輸共60個點(diǎn)、每個點(diǎn)有7個數(shù)據(jù)的配方以及其它一些參數(shù)。在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)三菱N:N網(wǎng)絡(luò)是廣播式的數(shù)據(jù)共享模式，就是說可以讓主機(jī)往共享的8個數(shù)據(jù)寄存器里面放數(shù)據(jù)，但沒有機(jī)制來保障這8個數(shù)據(jù)寄存器是同步更新的，從機(jī)可以從該8個數(shù)據(jù)寄存器取走數(shù)據(jù)，問題在于主機(jī)不知道從機(jī)什么時間已取走數(shù)據(jù)，而從機(jī)能否取走正確的數(shù)據(jù)還受網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)的影響。總之，對于批量傳輸大量的數(shù)據(jù)，廣播方式的數(shù)據(jù)傳輸是不可靠的。

為了解決這一瓶頸，我們引入了通訊的閉環(huán)邏輯及有限的通訊保障措施。當(dāng)主機(jī)往共享數(shù)據(jù)寄存器里放置完數(shù)據(jù)以后，告訴從機(jī)，數(shù)據(jù)已經(jīng)放置完畢，從機(jī)收到該通知后，開始處理數(shù)據(jù)，如果是發(fā)給自己的，就轉(zhuǎn)存到本機(jī)的相應(yīng)數(shù)據(jù)寄存器，并反饋主機(jī)數(shù)據(jù)已轉(zhuǎn)存完畢，主機(jī)收到從機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存成功的反饋后，再發(fā)送下一批數(shù)據(jù)。并加入了防止極端異常的情況的處理程序，及數(shù)據(jù)不是任何一臺從機(jī)的數(shù)據(jù)的情況。該解決方案解決了數(shù)據(jù)傳輸過程的錯亂和丟失問題，并且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，較開環(huán)廣播式的傳輸縮短了1/3的通訊時間（指開環(huán)廣播傳輸?shù)淖疃虝r間；開環(huán)廣播式傳輸時采用主機(jī)一定時間內(nèi)發(fā)送一批數(shù)據(jù)的模式，時間長度根據(jù)實(shí)際傳輸情況設(shè)定，即使在較好的通訊狀態(tài)下，也存在個別數(shù)據(jù)丟失錯誤現(xiàn)象）。

經(jīng)充分的現(xiàn)場調(diào)試和用戶測試，設(shè)備工作穩(wěn)定，相較于進(jìn)口設(shè)備，各項(xiàng)工作性能優(yōu)異且價(jià)格具有競爭力。

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三菱PLC和臺達(dá)B2伺服在4焊頭12軸超音波焊機(jī)上的應(yīng)用