基于台达20PM的点胶机数控系统

摘 要：台达DVP20PM00产品是一款同时具有逻辑控制和位置控制的功能强大的PLC，可以灵活、高速、精确的完成平面两轴及三轴运动控制，可广泛运用到点胶机相关设备。
　　关键词：点胶机  台达20PM  01PU
　　1 引言
　　点胶机是专门对液体体进行控制，将液体点滴、涂覆、灌封于产品表面或产品内部的自动化机器。点胶机主要用于产品工艺中的胶水、油以及其他液体的粘接、灌注、涂层、密封、
　　填充、点滴、线形/弧形/圆形涂胶等。自动点胶机在工业制造中越来越得到广泛的应用，小到手机、镜头、IC封装、LCD、LED、笔记本电脑、数码相机、SCP、BGA、二极管、三极管、精密机械等；大到飞机、汽车、机械制造等，都需要精密的点胶设备支持。点胶还是SMT（表面贴装技术）PCB印制电路板制基本工艺流程。SMT流程由点胶-贴装 （固化）-回流焊接-清洗-检测等工艺环节组成。其中，点胶工艺作用是将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上，为元器件的贴装和焊接做准备，位于SMT生产线的最前端。
　　2 点胶机运动控制
　　2.1 点胶工艺
　　流体点胶广泛应用于批量生产中，产品的质量是由生产过程决定的，而不是仅依靠质量检查部门来保证。因而，生产过程中人式控制操作的环节越少，造成的生产不一致性越少，返式和退货率越低。点胶机及其配件的配套体系能控制点胶过程均一稳定和较高的一致性。使用高品质的点胶系统可以避免因为操作式技术水平参差不齐和生产中的换班对产品质量和产能造成的影响。点胶技术能保证流体点胶量的均一稳定，从而保证了最终产品质量的可靠一致性。
　　2.2 点胶控制
　　（1）直观方便的图形操作界面。点胶过程中速度和轨迹可以调整。编辑和教导式录入轨迹参数，操作简单方便。采用教导踩点的方式产生加工文件，可进行单步调试。单步或自动加工方式。采用配方格式保存加工文件，方便通过计算机修改。可保存多组点胶工艺。
　　（2）点胶精度高，轨迹均匀, 出胶稳定，效率高。多维自由度空间轨迹运动。采用软件插补，可实现快速直线、圆弧插补及各类复杂轨迹运动。可在任意点设置进枪、退枪、开枪、关枪等操作。
　　3  20PM运动控制PLC解决方案
　　3.1 运动控制PLC简介
　　台达DVP-20PM00D是一款具有运动控制专用功能的可编程控制器。DVP-20PM00D的最大特点是PLC主机直接提供电子凸轮功能，或者说DVP-20PM00D是内置电子凸轮功能的PLC,所以有些场所直接称呼DVP-20PM00D为台达20PM运动控制器。
　　20PM具有2路500KHz的输入与输出，在电子凸轮功能中定义X轴为从轴，编码器输入轴为主轴，当定义好CAM Table后，从轴依据定义的曲线跟随主轴运动。采用高速双CPU结构形式，利用独立CPU处理运动控制算法，可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制，直线/圆弧插补控制等，点胶机数控系统正是利用了20PM运动控制器的电子凸轮功能很好的解决了复杂高精度点胶轨迹实现问题。20PM的主要特点：
　　（1）20PM适用于高速、高精度、高复杂的运动控制场合；
　　（2）多段速执行及中断定位；
　　（3）64K 大容量, 内置Flash存储体；
　　（5）两组差分脉冲输出，最高脉冲输出达500KHz；
　　（6）两组手摇轮控制；
　　（7）内置电子凸轮功能，轻松实现绕线、飞剪、追剪等应用；
　　（8）支持PLC顺序逻辑控制及NC控制(G 码与M码)。
　　3.2 运动控制解决方案
　　全自动数控点胶机基于台达20PM00D运动控制型PLC、DOP-B07S200触摸屏、01PU-H2驱动器、步进电机等实现3轴控制功能，配置如表1所示。0PM00D控制两轴构成X/Y坐标系统，采用G码完成直线或圆弧插补完成轨迹运动，定位点胶位置，另外01PU控制一轴Z轴为独立运动，控制点胶枪，实现了设备的点动、原点回归、半自动及自动运行，并且通过配方功能实现了轨迹形状任意。用户可以在人机界面上设定点胶做动作,外部有一个急停按钮。
　　步进电机的驱动力和步进驱动器的细分度、接受脉冲的方式。步进电机启动器的细分度能提高精度。20PM是差动脉冲输出，所以对应的步进驱动器也要选择差动脉冲输入的型号。我们选择步进启动器细分度为200，步进电机40000个脉冲1转达到要求的精度。需要了解步进电机转1圈皮带直线前进多少距离，还有皮带运动的正反方向。导轨上需要安装左、右极限开关和原点回归的近点信号开关，这些信号对应的要接到20PM和01PU相应的端子。然后做最小步进试验，发出10个脉冲检测到2条（0.002毫米）的动作，这就是最小误差，经过实际运行，点胶运动完全符合精度要求。
    表1 数控点胶机设备配置
产品数量类型
20PM00D1PLC
DVP01PU-H21PLC特殊模块
DOP-B07S2001HMI
步进电机3步进电机
步进电机驱动器200细分差动输入2步进点驱动器
步进电机驱动器2细分差动输入1步进电机（Z轴）
导轨、皮带3套
皮带及齿轮3套
光电限位开关9个开关
移动平台1个平板
固定胶水的固件1个
开关按钮1个按钮
机架1套
24VDC开关电源1个电源
　　4  数控系统编程
　　20PM有专门的编程软件PMSoft 1.03。启动时通过新建一个程序实现的。
　　4.1 初始化
　　上电初期启动正方向脉冲初始化X/Y/Z轴的基本参数，如图1图、2所示。

图1 运动方向初始化

图2 工作模式初始化
　　01PU是特殊模块需要用FORM/TO指令对其操作。需要注意的是FROM/TO指令比较占用扫描时间不要使用太多，一次就把需要的赋值的参数设置好，而且不要使用一直赋值指令。参考20PM编程手册和特殊模块编程手册，需要设置的基本参数有：
　　（1）发送脉冲的方式：脉冲加方向20PM 的X轴赋值K16给D1816,Y轴赋值K16给D189601PU 用TO指令赋值K16到CR#5；
　　（2）原点回归速度；
　　（3）寸动速度：可以小些；
　　（4）X/Y/Z轴工作模式：左右极限停止模式；
　　（5）减速度、加速度设定可以根据实际设定。
　　4.2 坐标定义
　　根据需要可以做上电自动原点回归动作，回归后坐标置0，如图3所示。

图3坐标定义
　　4.3 HMI 控制及显示X/Y/Z轴寸动程序
　　如图4所示，M5/M6控制X轴正向/反向寸动，M7/M8控制Y轴正向/反向寸动，M13/M14控制Z轴正向/反向寸动。
　　如图5所示，HMI只需要做6个置位按钮对应M5、M6、M7、M8、M13、M14，再做6个数字显示对应的现在位置寄存器就可以实现在HMI上控制显示X/Y/Z轴坐标位置。再做一个按钮把X/Y/Z轴的现在位置赋值给特定的寄存器，就可以用这些寄存器作为运动控制的位置坐标，实现对运动的自由编辑。


图4 寸动控制

图5  HMI变量链接
　　4.4 运动控制启动程序
    首先向D1868中赋值H8003选中运动子程序0X3，然后启动运动子程序。触发条件可以用外部开关信号触发，如图6所示。

图6 运动控制系统启动
　　4.5 运动子程序编写
    编程树形图如下所示：

    子程序主要完成G码运动控制。要灵活运用Z0变址寄存器来实现，我们把运动数据放在D2000开始的寄存器里如图7所示。

图7 G码运动数据
　　我们这里用到的G码有G01直线运动、G02顺时针圆弧插补运动控制、G03逆时针圆弧插补运动控制。可以看到我们需要G码选择2个字、X坐标2个字、Y轴坐标2个字、半径2个字、速度2个字，备用2个字。相当于1条运动指令我们需要12个字。所以我们只需要执行一条运动指令后Z0加12，在把新的数据赋值到D3500-D3508里面就可以了。让程序在子程序里循环检测，检测到D2000Z0为1的时候调用G01、为2时调用G02、3时调用G03、4时用FROM/TO指令完成对01PU的运动控制，直到检测到G码D2000Z0为0跳出子程序，如图8所示。




图8码运动控制
　　4.6 人机界面HMI程序
　　主要包括对D2000以后的寄存器赋值和显示的功能，这里可以用配方配合。还有在HMI上点动设置好X/Y/Z的坐标下载到D2000以后的寄存器里。可以在根据需要在做个当Z轴到指定坐标后Y0输出，让胶水动作。
　　用台达Screen Editor 2.00.05里选择-工具-32配方-新建1个100×6的配方，在上面的地址栏填数据的起始地址1@ D2000，然后里面填好需要的数据。做个新界面做一些数据显示的框地址从RCP0开始对应D2000，用RCPNO和RCPG选择组数和配方数。用控制区第5个字的第2位和第3位控制配方的上传、下载，如图下所示：

　　5  结束语
　　使用20PM能很好的实现点胶机的功能。编辑和踩点式录入轨迹参数、速度可以自由设定，界面操作简单方便。经过测试我们画出的圆达到半径1.5毫米不会走形，完全满足用户要求。整个设备的精度还和机械设备有关系，比如：如果用伺服电机代替步进电机、丝杆代替皮带的话，可能在高速点胶过程中精度更稳定。实践证明20PM在运动控制中稳定可靠，本案例可以应用到相关机械设备。