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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(chǎng)地占用，同時(shí)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(chǎng)。為了搶占技術(shù)革新中的該塊市場(chǎng)，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(jìng)爭優(yōu)勢(shì)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(tái)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(chǎng)上廣泛使用的臺(tái)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(dòng)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(dòng)器選擇了市場(chǎng)占有率高且性價(jià)比極高的臺(tái)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(gè)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(chǔ)在HMI上的配方數(shù)據(jù)、后面三個(gè)焊頭的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及控制命令和后面三個(gè)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(dòng)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(dòng)示教到焊點(diǎn)以后存儲(chǔ)焊點(diǎn)焊接數(shù)據(jù)到配方。

此外，該焊機(jī)具有自動(dòng)門板識(shí)別功能，可以防止操作人員使用錯(cuò)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(gè)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(gè)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(shí)，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(shí)：用戶數(shù)據(jù)設(shè)置錯(cuò)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(shí)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(dòng)作，使其能有個(gè)先后順序，在不同的時(shí)間到達(dá)該區(qū)域進(jìn)行焊接，而焊接時(shí)間和冷卻時(shí)間會(huì)影響到焊頭到達(dá)某一焊點(diǎn)的時(shí)刻，所以加入防撞處理也顯得對(duì)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(gè)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(gè)點(diǎn)、每個(gè)點(diǎn)有7個(gè)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(gè)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(gè)數(shù)據(jù)寄存器是同步更新的，從機(jī)可以從該8個(gè)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(shí)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(duì)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(tái)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(cuò)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(shí)間（指開環(huán)廣播傳輸?shù)淖疃虝r(shí)間；開環(huán)廣播式傳輸時(shí)采用主機(jī)一定時(shí)間內(nèi)發(fā)送一批數(shù)據(jù)的模式，時(shí)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(gè)別數(shù)據(jù)丟失錯(cuò)誤現(xiàn)象）。

經(jīng)充分的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和用戶測(cè)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(jìng)爭力。

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