1 簡介

1 . 1 系統簡介
   
　　系統為普通糟孔蔭罩刻蝕線，主要包括開卷部分、刻蝕腔體部分、第一水洗部分、電解剝離部分、最終水洗部分和最后的烘干及撕邊部分。

　　表面有光致抗刻蝕劑的成卷鋼帶，在開卷部分被拉開，并送人刻蝕腔體。腔體刻蝕液為FeC13 , 與鋼帶的無光抗部分反應，形成槽孔。第一水洗的作用為停刻蝕，將蔭罩表面的FeC13 均勻地完全去除。剝離部分用于剝離鋼帶表面的光抗，剝離液為NaOH 。最終水洗除去鋼帶表面的NaOH 和雜質。烘干部分烘干鋼帶表面的水分，防止生銹。之后鋼帶進人撕邊機，撕去蔭罩四周的廢邊?？涛g生成的工藝過程如圖1 所示。

圖1 刻蝕生產線工藝過程

　　刻蝕腔體部分為整個系統的關鍵，其刻蝕的效果直接影響到產品的合格率。整個刻蝕過程有6 個腔體，每個腔體中有上下兩對噴嘴，分別由兩臺電機控制，電機控制噴嘴來回擺動。因此整個刻蝕部分由12 臺電機組成。由于電機不斷來回擺動，這里稱之為搖擺電機。

1 . 2 搖擺電機運動簡介
   
　　根據工藝要求電機必須按照一定軌跡運行，而且不同的電機運行軌跡有所區分。由于對運行曲線的高要求，搖擺電機的控制選用了B&R 的PCC 及ACOPOS 伺服控制器。
   
　　在上位機，工作人員給定一條軌跡上的16 個點，如圖2 所示，其中橫軸為位置，縱軸為速度。12 臺電機每臺都有一條設定的曲線。PCC 除了完成對電機的起動、停止、運行等邏輯控制外，主要的功能就是控制電機按一定的軌跡運動，使得這個軌跡同時經過所設定的16 個點，并且保證電機運行的平穩。由于要求快速響應和高控制精度，搖擺部分使用同步伺服電機進行運動控制。之前使用東芝公司的PLC ，有擺動不平滑的問題，因此改用B&R 開發的高性能控制器PCC 。PCC 在控制器中使用嵌人式操作系統，且設備層網絡采用實時以太網，可以實現非常高的實時控制要求。

圖2 搖擺電機軌跡點設置

2  B&R PCC 及ACOPOS 伺服

2 . 1 B&R PCC 硬件配置

　　搖擺部分采用了B&R 2005 , 2005 系列CPU 是B&R 第四代控制系統SG4 ，采用的是Intel 處理 器，包括了電源模塊、CPU 模塊、數字輸入輸出模塊。其中CPU 的PCI 總線插槽中插人了Power Link 網絡適配器。若采用PowerLink 串聯，最多只能串聯10 臺伺服控制器，本系統采用Power  Link IF786 及一個HUB 將12 臺電機分成兩條串聯支路進行實時控制。數字輸人模塊用于起動、停止、緊急停止、12 臺電機的Readay 、找原點信號輸人。數字輸出用于電機運行、電機故障、12 臺電機尋找原點的狀態指示。

　　上位機與PCC 可以通過RS232 與以太網進行通信。RS232 作為編程口。以太網作為實時通信口，用于數據的上傳與下載。將上位機設定的運動曲線實時傳給PCC ，同時將實際運動位置、速度、電流及故障信息傳給上位機。

　　圖3 給出了一臺電機的伺服控制器與共他硬件設備的連接圖。電機控制器采用了B&R 的ACOPOS 伺服控制器。伺服控制器插人了Power Link 模塊AC112 ，用于和前后兩臺伺服控制器相連；AC122 為旋轉編碼器模塊，用于電機的速度與位置檢測。ACOPOS 1090 本身提供了溫度信號檢測（T ＋、T 一），抱閘信號輸出（B 一、B + ) 和其他控制信號。在現場，同時安裝了三個光耦給定電機運行的正向極限位置、反向極限位置和原點位置。在運行前電機首先找到原點光耦所在位置定為O 位，然后根據設定曲線運行。而正、反向極限光耦信號起到了保護作用，當光耦給出信號時，伺服將給出極限故障信息并且停止運行。

圖3 伺服控制器與外圍連線

2 . 2 ACOPOS 伺服控制方式

　　ACOPOS 的伺服控制如圖4 所示，大致可以分為四個部分：初始值處理、位置控制、速度控制、實際值檢測。在初始處理時，根據給定的位置及最大允許速度和最大允許加速度，給出一個理想的定位過程，即得出加速、恒速、減速段，不同位置時的速度也相應得到。位置控制主要有比例調節、比例調節限制p _ max 、積分限制i _ max 和積分調節。比例調節后的值為k* △s ，若k* △s > p _ max ，則v_ p ﹦P _ max ；若k* △s ﹤﹣p _ max ，則v _ P ＝ ﹣p max 。同理i _ max 用干限制積分調節值，v _i 。速度調節為一般的PI調節得到控制電流值送入矢量控制器，對電機進行控制。而電機的實際位置通過編碼器得到。

圖4 伺服控制框圖

3  B&R PCC 軟件系統

　　整個軟件系統可分為過程可視化接口（PVI ) 和Automation Studio。PVI 用于與上位機的通信，Automation Studio 則用于PCC 的邏輯控制與運動控制等的編程。

3 . 1 PVI 通信
   
　　PVI 是所有Windows 應用程序訪問貝加萊工業控制器的統一接口。使用PVI ，用戶在開發通信程序時不需要花大量時間考慮底層的通信過程，也不需要調用復雜而繁瑣的Winsock API 函數，只需 在邏輯結構上進行簡單的配置即可訪問PCC 上的變量。PVI 的最大特點就是能夠使用程序直接操作PCC 任務中的變量，因此必須給每一個過程變量在PVI Manager 中的映射指定唯一的路徑。

　　PVI 通信的核心任務是建立過程變量的映像，建立的結果是每個映像都和網絡中唯一的一個變量一一對應。這個變量可以是一個基本類型的數據，如整型變量，也可以是一個自定義類型的數據，如結構體變量。這個映像包含了從應用程序所在工作站到變量所在任務的路徑信息。如果把控制器和模塊也當作通信中對象的話，每個映像路徑包括的對象有：基本對象（Pvi ) ；線對象（Line ) ；站對象( Station ) ； CPU 對象（CPU ) ；模塊對象（Module ) ；任務對象（Task ）和變量對象（Variable）。這個映射路徑由PVI Manager 統一管理，每個對象包含對象名，對象描述和存取參教。勸象名（包括路徑）是PVI 中的名字。對象名由用戶任意確定，對象描述必須與PCC 中待映射的變量名字一樣，PVI Manager 依靠對象描述找到具體的過程變量，實現映象關系。存取參數包括數據類型說明、刷新時間、事件類型等。
    在本系統中，伺服電機運行在16 個位置的速度是確定的，位置和速度均可以在上位機上設置，然后發送至PCC 。將這些數據封裝為一個結構體：

　　struct MotorCommset { float Position [16]；//16 個點的位置  float Speed [16] ；//16 個點的速度  int MotorNumber ；//標示當前設置的是第幾臺電機}；

3 . 2 Automation Stndio 編程

　　Automation Studio 為每個應用與程序提供了多種編程方法。包括：梯形圖LAD ，指令表IL ，結構文本ST ，順序功能圖SFC , AB , ANSIC 。其中ANSIC 是使用于新一代Automation Studio 的功能強大的高級編程語言。利用ANSIC 編寫的語言可以實現更高級的功能。在搖擺部分的電機控制中，利用了ANSIC 來實現曲線生成的功能。

3.2.1 對象建立

　　B&R 的伺服運動控制采用了面向對象的控制方式，使用高級語言C 針對一個伺服控制器創建一個運用對象ax _ obj 后，可以利用針對此運動對象創建的指針* p _ ax _ dat _ ，對電機完成不同的運動控制。

　　ncalloc ( ncACP10MAN + ncPOWERLINK 一IF , ACP10 NONE , ncAXIS , l , ( UDINT ) & ax _ obj ) ；

　　每臺伺服控制器在硬件上都有一個節點設置部分，可以設置各自的節點號。在命令ncalloc 中通過不同的ACP10_ NODE 可以為不同的伺服創建各自的運動對象。

3.2.2 虛軸
   
　　在ACOPOS 的伺服中，針對每一臺伺服而創建的運動對象，都有一個假想的軸，稱之為虛軸。這個虛軸跟實軸一樣一方面能夠作為從軸，跟著主軸完成同步軌跡。另一方面也能作為主軸，讓其他軸參與同步。由于虛軸的引人，使得一個伺服也能夠和自己的虛軸發生同步關系，即電機運行時以自己的虛軸作為主軸，實軸跟隨虛軸同步。

　　這里伺服要完成曲線運動，在