螺柱焊接机器人的控制系统概述

1、上海交通大学硕士学位论文螺柱焊接机器人的控制系统姓名：祝荣申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：刘品宽20080201上海交通大学硕士论文螺柱焊接机器人的控制系统摘 要螺柱焊是一种将螺柱（杆、管或窄条）通过不同的焊接热源，对其端面和板材、筒体弧面或其他型体局部表面加热后加压焊合的焊接方式。螺柱焊广泛地应用在重型机械制造，车体、船体及箱体结构，锅炉和石化，高层建筑及其他工业及水工建筑工程等行业。传统手动螺柱焊接方法稳定性差，焊接精度低，尤其在工作环境比较恶劣的场所，劳动强度大。基于手工螺柱焊的诸多不足，自动螺柱焊接系统显得愈来愈重要。本文基于工程实际需要，研究开发一套自动螺柱焊接系统。在

2、对螺柱焊接工艺以及工程需要分析的前提下，设计了螺柱焊接机的硬件系统和软件系统，与机械系统集成组成工业焊接系统，并对系统做出了测试和自动化焊接实验。硬件系统的设计。对PMAC，ACL-7225数据采集卡，伺服电机，震动锅，气动装置等单元深入研究之下，安装并调试了硬件系统。控制系统软件的设计。编写了PMAC卡的下位机和上位机程序，实现了上位机和下位机之间的通讯；结合动态链接库PECOMM32和ACLS-DLL1，完成了手动操作，单步操作，自动操作的三大功能模块；为了方便自动焊机操作者，编写了人机界面。CAD文件中点的读取和自动焊接。分析了DXF文件的数据解析和转换，优化了焊接路径，提高了焊接效率。

3、经过试验和测试，确定了焊机工艺参数，实现了系统的运动控制、实时检测以及全闭环控制等功能，使系统具有响应快、控制精度高以及良好的稳态和动态性能，具有良好的社会效用和经济效用。关键词:焊枪工艺；PMAC运动控制卡；ACL-7225；DXF文件;第I页上海交通大学硕士论文CONTROL SYSTEM OF STUD WELDING ROBOTABSTRACTStud Welding makes the hot stud (pole, tube, small pole) welded in the surface, panel, tube-shaped arc-surface and other pa

4、rt surface heating up and pressurizing. Stud Welding is developed by the contacting welding. In principle, resistance welding,arc welding, electric welding and friction welding could be used with Stud Welding, but needing clamping stud and stud welding torch controling welding and pressurizing.As a

5、welding model, Stud Welding should acclimate the development of welding craft, developing in the way of automation,intelligentization,digitalisation, and increasing the using field gradually.The author of this paper analyzes the welding process and the project need, designing the firmware system and

6、 software system. With mechanical system, its integrated as an industrial control system. At last, the system is experimented and tested.The author of this paper is responsible to complete the firmware design, including the welding process, PMAC, ACL-7225 data-gathering card, servo motor, vibrated p

7、ot. The firm system is fixed and debugged.The author of this paper is mainly responsible to complete the software control system design, including PMAC programme, the communication between PMAC and PC. After analyzing dynamatic linking library including PECOMM32 and ACL-DLL1, the author completes ha

8、nd-manipulation, single-manipulation, and automation-manipulation at the development atmosphere of .NET.第II页上海交通大学硕士论文The author of this paper analyzes datas analysis and change, then complete points reading and automatic welding in CAD file, based on analyzing the welding path, improving the weldin

9、g efficiency.The functions of motion control, real time measurement and full closed loop control are realized. The system is used in two-axes experimental platform with fast response, high precision, good static and dynamic performance. Its very helpful for the society development and industry requi

10、rement.KEYWORDS: Welding Process; PMAC (Programmable Multi-Axis Controller); ACL-7225; DXF File;第III页上海交通大学硕士论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：祝荣日期：2008 年 2 月 18 日上海交通大学硕

11、士论文上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：祝荣 指导教师签名：刘品宽2008 年 2 月 18 日日期：2008 年 2 月 18 日 日期：上海交通大学硕士论文第一章 绪论1.1 引言螺柱焊是将螺柱（也可以是杆、管或窄条）通过不同的焊接

12、热源，对其端面和板材、筒体弧面或其他型体局部表面加热后加压焊合，此法由接触焊演变而来。原则上，电阻焊、电弧焊、电渣焊、摩擦焊都可用于螺柱焊，不过需要一夹持螺柱并控制焊接和加压过程的螺柱焊枪1。螺柱焊接技术在自20世纪上半叶产生以来，因其焊接的优越性，得到了广泛的推广和应用。我国对螺柱焊接技术的研究相对较晚，近十年才开始商业化生产，随着我国制造业日趋旺盛，螺柱焊接技术被越来越多的中国企业推广使用。螺柱焊在重型机械制造，车体、船体及箱体结构，锅炉和石化，高层建筑及其他工业及水工建筑工程等行业都有其应用。通过对螺柱焊的研究，学习先进的焊接工艺，改进现有的焊机设备，创造属于自己的先进自动化螺柱焊接机器

13、人，培养从2学习到创造的能力。1.2 螺柱焊接工艺介绍螺柱焊是快速焊接紧固件的一种方法，不仅效率高而且可以通过专用设备对接头质量进行有效的控制，能够得到全断面熔合的焊接接头，从而保证接头的导热性、导电性和接头强度。按工件位置的要求，可进行平焊、立焊或仰焊。在许多工业部门中螺柱焊已得到广泛应用。螺柱焊可分为电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊，都是利用直流焊接电源来产生电第1页上海交通大学硕士论文弧。电弧螺柱焊的焊接电源与焊条电弧焊用的直流电源类似。电容放电螺柱焊的电源则是一组储能电容器。两种螺柱焊方法均需配备焊接控制器和焊枪。电容储能螺焊是利用电容充电储能、焊接时放电形成能量脉冲，加热焊接部位加压焊接。

14、焊接电源的组成和调节原理如图1所示。图1-a 中，由三相380V或单相220V整流器对电容组C充电，控制晶闸管导通时间,C放电释放能量经变压器实现脉冲焊接，其能量W=CU*U；由小到大调整电容C时，电流i增幅不大，放电时间t延长，能量增加(图1-b)；由小到大调整电压K时，电流i增幅增大，放电时间t不变，能量增加(图1-c)；由小到大调整变压器匝数比K时，电流i增幅下降，放电时间t延长，能量不变(图1-d)。电容储能焊可用于点焊、缝焊、对焊和螺柱焊；用于对焊和T型焊时，可不用变压器而直接放电2。图1-1 焊接电源组成和调节原理图2Figure 1-1 Debugging Principle a

15、nd Composition of the Welding Power电弧螺柱焊实际上就是一个杆与板或其他型体的电弧压力焊过程。由于电容储能螺柱焊功率有限，只适于小直径杆件的瞬时快速焊接，对较大直径杆件则用电弧螺柱焊，其焊接过程如图2所示。整个焊接循环包括：准备>提起引弧>电弧熔化金属形成熔池>压下并挤出熔池的熔化金属>停压断电形成焊缝>冷却结晶完成焊接。为方便引弧，加引弧结或将杆件待焊端部加工成带锥度和小接触面；为了使电弧气流压力阻止空气侵入，要采用与杆件直径相匹配并经过干燥的陶瓷环，气流和飞溅金属一起由陶瓷环的空间排出。在压下后约束焊缝成形2。第2页上海交通大

16、学硕士论文图1-2 电弧螺柱焊的焊接过程2Figure 1-2 Process of Electric Arc Welding影响焊接质量的因素：（一）人的因素 对于手工操作, 人的因素是很重要的。虽然螺柱焊对人的要求较低, 但螺柱垂直工件的程度对接头的影响很大。如果螺柱插入熔池的瞬间是倾斜的, 就可能使其一边未焊透, 而另一边液体金属被挤飞, 从而降低了接头的质量。这是螺柱焊中导致焊接成功率低的一个很重要的因素。（二）陶瓷套圈的作用 焊接时使电弧热量集中于焊接区域。防止空气进入焊接区域从而降低熔化金属被氧化的程度。防止熔化金属流失, 有助于焊缝在各种空间位置的成形。（三）引弧结的影响 在此次

17、试验及生产应用过程中, 对引弧结的尺寸作了特别的试验。实践证明: 螺柱引弧结的尺寸对焊接质量的影响很大。螺柱接触点直径太大, 将使接触导电截面增大, 电流密度减小, 相应的加热熔化时间增长, 熔化金属被氧化的可能性增加, 导致焊接质量降低; 接触点直径太小, 在整个熔化端和工作端面还未加热或还未加热到熔化状态时, 引弧结就立即熔化或爆断, 致使焊接过程不能正常进行而降低接头质量; 如果引弧结偏心严重, 将会使螺柱熔融面的熔化程度不一, 容易产生未熔合等缺陷。另外, 螺柱引弧结不是球形, 而是锥形或太长也将增加焊接时间, 而使氧化倾向增加, 导致接头质量降低。（四）水、油、锈等对接头质量的影响

18、焊前必须清理干净接头处的水、油及第3页上海交通大学硕士论文锈等, 否则将会产生气孔等缺陷, 可用砂轮除锈、烘烤等办法4。1.3 螺柱焊接系统组成螺柱焊接系统主要由机器人，螺柱焊接电源，自动送钉机，机器人自动螺柱焊枪，变位机，工装夹具，自动换枪装置，自动检测软件，控制系统和安全护栏等组成，通过自动送钉机将螺柱送到机器人自动焊枪里面，通过编程将机器人按一定的路径，将不同规格的螺柱焊接在工件上。螺柱焊接电源有晶闸管逆变式螺柱专用焊接电源，螺柱焊机-OBO-WINTURES 310焊接电源，逆变式钨极氩弧焊电源，微机控制开关式弧焊电源等。图1-3电容储能式螺柱焊机Figure 1-3 stud wel

19、ding machine of depositing electriccapacity图1-4 焊接变位机 图1-5 自动送钉机Figure 1-4 machine of welding position switch Figure 1-5 machine of automatic delivering stud第4页上海交通大学硕士论文自动送钉机，自动送钉锁紧螺丝批，螺丝自动送到风批口，不用手动取放螺钉，然后锁紧，一气呵成，大大提高了装配效率。螺柱焊枪，传统电弧螺柱焊枪有手提式和固定式两种,其主要结构和工作原理是相同的. 从电弧螺柱焊发明到现在,电弧螺柱焊枪的结构基本延续了最早的设计原理,改

20、进的只是外形及性能. 传统电弧螺柱焊枪的主体是电磁线圈和弹簧结构,在焊接过程中,螺柱运动的实现主要由线圈的通断电和弹簧的压缩、释放来完成. 利用线圈弹簧式焊枪进行电弧螺柱焊接的过程：焊枪夹持螺柱置于工件上并进行预压,弹簧压缩一定距离; 扣动焊枪开关,焊枪中的电磁线圈通电,使得动铁心产生向上的运动,螺柱也随之提起一定高度,与此同时,接通焊接电源,螺柱和工件间在焊接电流的作用下起弧; 在提起高度位置保持一段时间,电弧充分燃烧,在工件上形成焊接熔池; 焊接预设时间到,电磁线圈断电,在弹簧弹力和动铁心自身重力的作用下,螺柱送下至熔池完成焊接. 在焊接过程中,焊枪所完成的动作为:预压-提起引弧- 保持-

21、 送下.变位机，它主要由电机、多级蜗轮减速器、蜗轮蜗杆副、工作台、卡盘、侧板等组成。电机与多级蜗轮减速器通过法兰联结，多级蜗轮减速器的两端分别与联结轴联结在一起，联结轴的两端分别装在固定在两侧板内侧的两轴承的内环上；蜗轮、刻度盘固定在联结轴上，固定盘固定在侧板上；两轴承固定在支座上，蜗杆安装在轴承内环上，手轮固定在蜗杆上；三爪卡盘通过联结板固定在工作台上，主轴固定在工作台上，与多级蜗轮减速器的输出轴通过键相联结；支座、侧板固定在底座上。1.4 自动螺柱焊接机的国内外发展现状1.4.1 自动螺柱焊接机国外发展状况国外致力于自动螺柱焊接机研究工作的有英国泰勒螺柱焊接系统有限公司，德国OBO螺柱焊机

22、等。英国泰勒螺柱焊接系统有限公司是具有四十年历史，世界上最大的螺柱焊接系第5页上海交通大学硕士论文统设计、生产厂家之一，产品有储能式螺柱焊接机，System751短周期拉弧螺柱焊机，System1200，System1800/2400/3000 电脑智能型螺柱焊机，全自动螺柱焊机，半自动螺柱焊机等。德国OBO公司也是致力于螺柱焊机的知名公司，产品有德国OBO-BS310，OBO-TS310, OBO-BS308,OBO-TS308电容储能式螺柱焊机。其他一些产品如德国KOCO-ELOTOP3002，KOCO ELOTOP2002，KOCO-ELOTOP1702 ，KOCO-ELOTOP1002

23、拉弧螺柱焊机等。国外的螺柱焊接系统将最先进的数字化智能控制技术和逆变技术应用到产品制造中，不断推出新一代革新螺柱焊机采用微处理器控制焊接全过程，焊接过程中飞溅极低，智能化的参数调节，设备自重较轻、体积小，从而使泰勒螺柱焊机具有极高的性价比。1.4.2 自动螺柱焊接机国内发展状况据不完全统计，我国目前螺柱焊机生产厂家只有几家，其中最有名的是永创天成螺柱焊接技术（北京）有限公司，还有上海易发栓钉焊接工程有限公司，三肯螺柱焊接设备等，但能生产系列产品的仅有一家。我国生产的电容放电螺柱焊机的技术性能和可靠性可与进口产品相媲美，有些指标甚至优于进口产品，所以有些用户已由购置进口产品转而使用国产焊机。但从

24、总体上看，我国螺柱焊接技术与国外相比，仍有不少差距。国产电弧螺柱焊机与进口产品相比，其焊接电源都是用晶闸管控制，并可连续调节焊接电流。从调节和稳流性能以及可靠性方面考核，差别不大。国内还有两家是用电阻降压的方法分档调节焊接电流，属于落后产品。在控制方面，进口产品都是用微机控制的，而国内则处于研发阶段，还未正式上市。至于焊枪，进口产品寿命较长，设有阻尼装置。另外，进口产品都采用H级绝缘，因而相对体积小，重量轻，但效率较低。总之，进口焊机在控制、焊枪、体积、重量及外观质量等方面优于国产焊机，但价格也不菲，近似是国产焊机的3倍。1.4.3 我国螺柱焊接技术与国外的差距第6页上海交通大学硕士论文我国螺

25、柱焊接技术与国外的差距还表现在焊接工艺的研究方面，当前最急需开展“栓钉穿透焊、栓钉横焊和仰焊”的工艺研究。这几项焊接工艺，不仅关系到栓钉的焊接合格率，而且还涉及到螺柱焊接能否在更大范围内推广应用。成都斯达特焊接研究所对栓钉穿透焊做了些研究工作，并正进行栓钉的横焊研究。1.5 螺柱焊焊接原理和焊接工艺分析1.5.1 焊接电压电流焊接瞬间的动作及电压电流参数的分析见下图：IMAX= 1500 A图1-5 焊接原理及焊接电压、电流曲线Figure 1-5 Priciple of Welding, curvilineal of voltage and current对焊接原理及焊接电压、电流曲线的分析

26、如下：1整个焊接过程持续34毫秒。2螺柱被焊枪夹持，作升降运动，由气动装置实现运动。3焊枪被夹具夹持在运动模块上，通过运动平台实现在XY平面中的运动。第7页上海交通大学硕士论文4在引燃点电压、电流达最峰值，放电过程十分短暂，但充电过程相对较长，需要设计程序为循环等待。1.5.2 焊枪头功能专用螺柱焊枪头的功能及工作原理如下图所示：a) b）c） d）图1-6 焊枪焊接的四个过程Figure 1-6 Four Processes of Welding如图a所示，焊枪头的基本位置，是承载螺柱的夹紧装置位于工作件上方大约50mm的地方，此时，夹紧装置只承载了一个螺柱。如图b所示，焊接过程开始以后，承

27、载螺柱的夹紧装置开始向工作件下移。新输送过来的螺柱自动承载在夹紧装置中，手指旋转出输送螺柱的夹紧装置通道，让螺柱从管道中出去。第8页上海交通大学硕士论文如图c所示，焊枪手指旋转至输送螺柱的夹紧装置的通道中，焊接结束，新输送的螺柱现在位于手指和接触式插入槽之间。如图d所示，夹紧装置又移到基本位置，被输送的螺柱又被挤压到位于手指之下，向接触式插入槽滑落的地方，这样，螺柱被输送到基本位置。1.5.3 课题的焊接要求（一）焊接方式：电容储能放电（二）适合螺柱： M3, M4, M5, M6（三）焊接工件：800 mm * 1200 mm的薄钢板（四）焊接速度：手动焊接模式8/min；自动焊接模式40/

28、min（五）焊枪行程：800 mm * 1200 mm（六）焊枪速度：400 mm/s（七）定位精度：+/-0.1 mm（八）焊接精度：0.2 mm（九）操作界面内容：初始化、自动/手动操作、各设备状态显示、生产数量统计、简单的操作提示等1.6课题来源及主要研究内容本次课题来源是企业合作项目。本次任务为设计焊接机器人的控制系统硬件和软件。我们根据控制对象或系统设备要求可以确定控制系统的构成。系统采用主控计算机，通过PMAC运动控制卡，控制电机1，电机2，驱动X轴和Y轴的运动，再结合ACL-7225信号采集卡采集来自振动锅，焊枪等器件的信号，配予I/O模块，完善控制系统。本课题采用.NET开发环

29、境下的人机界面。（一）焊接工艺分析。基于德国OBO螺柱焊接机器人的工艺程序绘制本课题的第9页上海交通大学硕士论文螺柱焊接自动化单元的工艺流程图，用以指导电控系统的设计。（二）螺柱焊接机器人的硬件设计。在对焊枪的工艺，PMAC各个参数的设置，ACL-7225数据采集卡，伺服电机等各个单元深入研究之下，对系统硬件进行了连接，安装和调试。（三）基于.NET的系统软件编程。编写和调试了PMAC卡的下位机和上位机程序，实现了上位机和下位机之间的通讯，结合动态链接库PECOMM32和ACLS-DLL1，完成手动操作，单步操作，自动操作的功能模块，为了方便焊机操作者，编写了人机界面。（四）图形文件解析及转换

30、。通过对CAD图形的DXF文件进行解析和转换，以圆信息示例，提取CAD中点信息，在VC的开发环境下，对这些点逐一模拟焊接，并对焊接路径进行优化。（五）系统集成与试验。包括电控系统的硬件调试、软件调试，人机界面的调试等。在焊接机器人完成的基础上对焊接工艺参数进行实验，并得出适合本自动化螺柱焊接单元的最佳焊接工艺参数。1.7 本章小节本章介绍了螺柱焊接工艺介绍，螺柱焊接系统组成，螺柱焊接的国内外发展现状，以及课题来源及主要研究内容。第10页上海交通大学硕士论文第二章 电控系统硬件设计2.1 基于PMAC，ACL7225螺柱焊接机控制系统原理模块化的焊接运动控制单元I/O如表2-1所示下：ACL-7

31、225卡控制系统PMAC控制系统图2-1螺柱焊接机器人控制系统原理框图（I/O） Figure 2-1 Priciple of Welding Robots Control System第11页上海交通大学硕士论文表 2-1模块化的焊接运动控制单元I/O 焊枪位置传感器 (焊头上部位置传感器焊头运动电磁控制信号焊枪手指电磁阀控制振动上料器振动锅料满传感器振动锅送钉电磁阀控制信号吹钉电磁阀控制信号焊接电源 No.1, No.2开始焊接信号焊接电源准备好焊接完成X, Y 运动模块X轴继电器/Servo-onY轴 继电器/Servo-on辅助控制装置地角夹持电磁阀控制信号安全门控制开关状态 ON/O

32、FF IN8, IN9急停开关输入状态蜂鸣器/警示灯2.2 电控系统硬件设计与连接电路硬件方面，电控系统的设计由焊接设备决定。现把焊接系统的硬件设备部第12页上海交通大学硕士论文分分为以下五大部分：(1) 送料装置。振动锅，具有送钉与吹钉的功能。(2) 运动装置。驱动焊枪的XY运动模块。包括伺服电机与伺服模块。(3) 焊接装置。焊枪。具有焊枪上下、焊枪手指等功能。(4) 控制装置。包括230V24V电源控制、振动锅控制、运动伺服模块控制、PMAC控制等。(5) 操作装置。操作面板，包括了电源开关控制、振动锅开关控制等。通过电路连接把五大部分联系起来：2.2.1 多轴运动控制器工作原理及接线PM

33、AC运动控制器采用MotorolaDSP56001数字信号处理器作为其CPU,每张卡可控制多达8个伺服轴，伺服更新率达到20/30MHZ，可以完全脱机运行，也可以插入计算机中进行在线运行。PMAC可以通过硬件设置、参数设置和运动程序及PLC程序的编写，从而实现一种特殊的用途。每一个PMAC固件能控制8根轴，这8根轴可以联动以进行完全协调的运动，每一根轴也可以被放入它自己的坐标系统中，从而得到8个完全独立的运动，或者它们中间所有的其他组合形式。PMAC的CPU与轴的通信是通过被特殊设计的门阵列ICS(作为DSP_GATE)来实现的。每一个ICS能够控制4个模拟输出通道、4个作为输出编码器和4个来

34、自附件的模拟驱动输入。一片PMAC板可以运用这些门阵列ICS中的14个，从而规定硬件的配置点数，以便统计输入和输出的数量和类型，最多可以有16片PMAC板完全同步地联系到一起使用，共控制128根轴。PMAC是可编程多轴运动控制器，也称运动控制计算机。它主要由Motorola DSP CPU与De1taTau公司开发和特制的用户门阵列IC组成，是一种开放式结构。它不仅可以象普通PC机那样运行，还可以通过设置变量来控制运动过程。它不仅具有开环指令，还具有闭环指令。它可以对电机进行PID调整，可以控制8轴联动。PMAC-PC的轴1&2、轴3&4的连接图分别见图2-2，图2-3。第13

35、页上海交通大学硕士论文图2-2 PMAC到轴位置编码器的连接(轴l和轴2)Fgure 2-2 PMAC-PC(Axis l&2)图2-3 PMAC到轴位置编码器的连接(轴3和轴4)Figure 2-3 PMAC-PC(Axis3&4)PMAC与主机的连接（一）总线连接关掉计算机电源，将PMAC插入一个总线插槽，PMAC-Lite需要总线上一个插槽，PMAC-PC需要1-1/2个插槽(在另一个插槽上允许一个半尺寸的主板)，PMAC-VME需要两个插槽。将主板插入总线插槽后，它将自动从总线上得到+5电源。在这种情况下，不需要提供额外的+5电源，否则两个电源会互相干扰而对PMAC造成

36、破坏。第14页上海交通大学硕士论文（二）串行口连接对于串行通讯，使用串行线把计算机的COM口与PMAC的串行口连接起来(PMAC-PC，Lite，和VME的J4，PMAC-STD的底版上的JI)。（三）建立主机通讯无论安装或执行程序都可用来建立与PMAC的初始化通讯。它们都提供了一个菜单，可以选择计算机哪里可以找到PMAC以及如何与PMAC通讯。如果选择计算机被接在总线上，那你同时还必须选择它在总线上的地址。如果选择计算机COM口上寻找PMAC，同时必须提供波特率(这由PMAC上的跳线或开关设置)。一旦程序报告已找到PMAC，并且你已在Found/Not-Found窗口下按回车键退出，程序将进

37、入模拟终端模式，此时计算机将成为PMAC的一个终端。可通过键入I10<CR>(<CR>表示带回车)后得到的响应来检验。PMAC会以一个6位或7位的数字来响应。接着，你可以与PMAC进行基本的通讯，键入P<CR>(大写P或小写P)，这要求返回一个位置。PMAC会以一个数字来响应，可能是O。现在键入<CONTROL-F>，会得到八个数字(每个轴一个)。因为<CONTROL-F>要求得到所有八个电机的错误信息;可能全是零。即使是以编码器作为输出，PMAC也只显示位置一部分。PMAC与系统的连接对PMAC的基本操作与主机的通讯完成以后，就可以

38、把PMAC与驱动器、电机和反馈设备连接了。连接时必须关掉PMAC的电源，同时还应断开电机的所有负载。对大多数PMAC系统不止带一个电机，对于多电机系统可重复进行。在此仅以1号电机为例讨论其安装方法，其它电机的安装步骤与此类似。一般说来，接在PMAC上的驱动器，电机和反馈设备的类型有很多种，每一种组合的安装过程与其它的都会有些不同。最简单的连接是把一个直流电机和放大器用一个增量编码器连接起来。（一）主接口第15页上海交通大学硕士论文最基本的接口是JMACHI(PMAC-PC的JS，PMAC-Lite的J11，PMAC-VME的P2，PMAC-STD顶板上的J4)。包括四个通道的工/0:模拟输出，

39、增量编码器输入，相应的输入和输出捕捉信号，电源的连接，这四个通道将被1-4个电机使用，这由配置决定。另一个接口是JMACH2(PMAC-PC上的J7，PMAC-VME上的P2A，八通道PMA-STD中间板上的J4，对PMAC-Lite不适用)。对于5-8个轴，它与JMACHI基本相同。PMAC只在处理8轴的情况下才用它，因为它连接了一些可选的额外附件。（二）连接模拟电源PMAC上的模拟输出电路与数字电路是光电隔离的，因为它需要一个独立的电源。它被放在JMACH接口上。+12-+15V应接在49针(A+15v线)上，-22-15v应接在50针(A-15线)上，模拟电源的地应接在58针(AGND线

40、)上，这一点尤其重要。可以从总线上得到模拟电路的电源，但这样做破坏了光电隔离。如果这样做，不需要做新的连接，但必须保证跳线应跳在相应设置。（三）连接增量编码器每个JMACH接口为编码器和其它设备提供两个+5V输出和两个逻辑地:+5V输出在1，2针上，地在3，4针上。不同编码器使用的针的编号不同:所有那些由1编号的属于1号编码器。编码器的编号并不一定要与电机的编号一致，但通常要一致。如果你没有把PMAC插在总线上并利用总线的+5V供电，使用这些针为编码器提供+5V和地。把编码器的A和B(正交)通道接在适当的接线盒的针上。如果使用单端信号，让互补的信号针悬空，不要把它们接地。（四）连接驱动器如果P

41、MAC不为电机进行换向，仅需要一个模拟输出通道来控制电机。这个输出通道可以是单端的或差动的，这由使用何种放大器决定。单端控制信号:对于使用PMAC通道1的单端控制，把DAC1接在放大器的控制输入上，把PMAC的AGND线接在放大器的控制信号返回线上。在这种设置下，让DAC1/第16页上海交通大学硕士论文悬空，不要让它接地。差动控制信号:对于使用PMAC通道的差动控制，把DAC1接在放大器的正控制输入上，把DAC1/接在放大器的负控制输入上，PMAC的AGND仍接在放大器的公共地上。符号和绝对值控制信号:若系统的放大器需要一个独立的符号和绝对值信号，把DACI接在放大器输入上。把DIR1接在符号

42、位上。放大器的符号信号接在AGND上。这种格式下需要改变PMAC的一些参数。（五）辅助连接除了上面提到的一些主要的连接，每个电机还有其它的一些重要的连线，包括限位信号、放大器使能信号、回零信号、放大器出错信号等。（一）限位信号(+LIMn和-LIMn)PMAC为每个电机提供了两个输入作为行程开关控制。在电机动作时它们必须为低电平，以允许电机移动(从光电隔离器的发光二级管上取电流)。这就需要一个常闭的行程开关。这些输入是有方向性的，只能停止一个方向的移动。行程控制的方向的极性与通常的相反，正方向的行程开关应接在-LIM1输入上，负方向的行程开关应接在+LIM输入上。如果编码器输入的方向改变了，那

43、么行程开关的接线也应被一同改变。因此需要对限位输入方向的方向性进行仔细反复检查，确保无误。安装限位开关时，把-LIMI输入与正行程方向的限位开关的正极接在一起;把+LIMI输入与负行程方向的限位开关的正极接在一起。把限位开关的负极接在PMAC的AGND上。若想使数字电路的标志与模拟电路相隔离，应把限位开关的负极接在地线上。若不使用限位开关，可把限位信号输入接在模拟地上，或通过软件关掉限位功能。（二）放大器使能信号大多数放大器有一个使能/禁能的输入来控制放大器。PMAC的AENA线就是为此第17页上海交通大学硕士论文设置的。若不使用一个符号和绝对值控制的放大器或V/F转换器，可以用该信号打开或关

44、掉放大器(接在使能线上)。DIR1是一个集电极开路输出，需要一个上拉电阻提高到15V。（三）回零信号一个回零开关和接在该针上与模拟地之间。若由总线供电，则接在数字地上。开关可以是是常开或常闭的，打开时为高(l)，关闭时为低(0)。回零信号的极性可由编码器I变量2和3控制。（四）放大器出错信号放大器出现问题时，该输入信号可通知PMAC，并关掉它。信号的极性可由I变量IX25控制。返回信号为模拟地，在缺省配置下，出现问题时该信号应变低，在这种设置下，若使该输入浮空，PMAC将认为电机不会出现问题。PMAC板实际连接图如图所示，本课题中的PMAC接线端子板和电机驱动器的连接（控制X，Y轴运动的电机驱

45、动器为X轴伺服驱动器和Y轴伺服驱动器）第18页上海交通大学硕士论文图2-4 PMAC接端子板JMACH1与电机驱动器的接线连接Figure 2-4 Connection between JMACH1 and Motor Driver如图2-4所示，JMACH1的接口CHA1(/CHA1)/CHB1(/CHB1)/CHC1(/CHC1)（5，7，9，11，13，15）为编码器通道（Encoder Ch.Neg/Pos）和接口DAC1(/DAC1)（29，31）为模拟量输出（Analog Out Pos, Analog Out Neg）, 已用接口CHA3(/CHA3)/CHB3(/CHB3)/C

46、HC3(/CHC3)（17，19，21，23，25，27）为编码器通道（Encoder Ch.Neg/Pos）和接口DAC3(/DAC3)（37，39）为模拟量输出（Analog Out Pos, Analog Out Neg）.JMACH1的接口CHA1(/CHA1)/CHB1(/CHB1)/CHC1(/CHC1)（5，7，9，11，13，15）分别接到X轴电机驱动器的PA(/PA)/PB(/PB)/PC(/PC)(A相信号/B相信号/C相信号,相反的两相脉冲（A和B相）编码器输出信号和原点脉冲（C相）信号)。JMACH1的接口DAC1(/DAC1)（29，31）接入电机驱动器的接口5（V-

47、REF），6(SG)。接口5，6主要功能是速度指令输入：正负2V到正负10V/额定电机速度（输入增益可通过用户参数修改）。第19页上海交通大学硕士论文JMACH1的接口CHA3(/CHA3)/CHB3(/CHB3)/CHC3(/CHC3)（17，19，21，23，25，27）分别接到Y轴电机驱动器的PA(/PA)/PB(/PB)/PC(/PC)(A相信号/B相信号/C相信号,相反的两相脉冲（A和B相）编码器输出信号和原点脉冲（C相）信号)。JMACH1的接口DAC3(/DAC3)（37，39）接入Y轴电机驱动器的接口5（V-REF），6(SG)。接口5，6主要功能是速度指令输入：正负2V到正负

48、10V/额定电机速度（输入增益可通过用户参数修改）。图2-5 PMAC接端子板JMACH2与电机驱动器的接线连接Figure 2-5 Connection between JMACH2 and Motor Driver如图2-5所示，JMACH2的接口5（HOME1），（PLIMI）7，9(NLIMI)分别为Home-flag,第20页上海交通大学硕士论文Negative End Limit, Positive End Limit，用以驱动X轴的电机在安全范围内运动，从而不会造成飞车。5，7，9接口连接了三个位置传感器SQ1，SQ2，SQ3，用以采集回零，左极限，右极限的信号。JMACH2的接

49、口19（HOME1），21（PLIMI），23(NLIMI)分别为Home-flag, Negative End Limit, Positive End Limit，用以驱动X轴的电机在安全范围内运动，从而不会造成飞车。5，7，9接口连接了三个位置传感器SQ1，SQ2，SQ3，用以采集回零，左极限，右极限的信号。2.2.2 ACL-7225数据采集卡图2-6 ACL-7225结构图Figure 2-6 Structure ofACL-7225图2-7 ACL-7225数据采集卡Figure 2-7 Data Gathering Card ACL-7225第21页上海交通大学硕士论文ACL-72

50、25是一款应用于工业的ISA工控卡，具有16通道的继电器输出和隔离数字量输入板卡。特性和规格表2-2 ACL-7225卡的特性和规格16路光隔数字量输入 LED显示继电器状态16路继电器输出输入跳线选择AC滤波或无AC滤波方式1,000 VDC隔离 在板数字输入信号调理电路继电器输出继电器类型：在板继电器驱动电路 37-pin D型孔式连接器单刀双掷（SPDT）输出通道：C型：04 与 812 A型：57 与 1315 C型触点： A型触点：常开与常闭 常开每个继电器都有一个LED来监控ON/OFF状态。 触点类型： 继电器ON/OFF时间：线圈电压：一般特点操作温度：0° 55&#

51、176;C120VAC 0.5A或24VDC 1A典型5 msec 每继电器+12V 33mA存储温度：° 80°C 湿度：595%，无凝结第22页上海交通大学硕士论文电源功耗： +5VDC: 310mA（典型）+12VDC: 550 mA（最大，所有继电器都打开）尺寸：端子板ACLD-9188连接器针脚分配 ACLD-9137 177 mm x 122 mm DIN-37DACL-7225卡和输入输出连接板CON1与CON2配套使用，CON1是一个40针脚的单板连接器，CON2是一个37针脚，可从后面板访问的D-类型连接器。这些连接器 的针脚分配被描述如下图所示。图2-8

52、 37针脚CON2连接器的针脚分配Figure 2-8 Stitch Distribution of Connection CON2第23页上海交通大学硕士论文图2-9 40针脚CON1连接器的针脚分配Figure 2-9 Stitch Distribution of Connection CON1表4-3 各针脚的说明 DIAnDIBnNCnNOnCOMnGNDNCACL-7225卡的实际连接图 通道n的数字输入A 通道n的数字输入B 继电器n的常闭针脚 继电器n的常开针脚 继电器n的常针脚 接地 不连接（断开）根据ACL-7225的各个针脚的分配以及其针脚的作用与功能，即可得出本课题的电器

53、连接，如下图所示：第24页上海交通大学硕士论文图2-10 ACL-7225的连接实例图Figure 2-11 Connection of ACL-7225控制系统连接图可以看出，ACL-7225卡是一个输入输出卡，针脚IDI-n都是采集来自外部的信号，针脚IDO-n都是输出一个信号。这样只要把时序问题调整好，就能解决震动锅，焊枪，气动装置等时间上的前后运行，从而完成螺柱焊接的全过程。图2-12 焊接机器人的控制系统连接图Figure 2-12 Connection of Welding Robots Control System第25页上海交通大学硕士论文由综合电路连接图可以看出，本课题的控制

54、电路由ACL-7225卡和PMAC板组成，和电机驱动器，震动锅，焊枪，地脚夹连接，一起来控制焊接机器人的焊接过程。第26页上海交通大学硕士论文第三章 焊机的软件系统焊机的软件系统主要是PMAC的上位机和下位机的编程，上位机和下位机的之间的通讯，结合动态链接库PECOMM32和ACLS-DLL1，完成了手动操作，单步操作，自动操作的三大功能模块，为了方便焊机操作者，编写了人机界面。3.1 下位机的编程随着螺柱焊接机器人产业化工作的进行，对数控系统的要求越来越高。解决手动操作，单步操作，自动操作等功能的开发，方便用户的操作，成为螺柱焊接机器人实用化的关键。本章以DPRAM作为PMAC和上位机高速信

55、息交换空间，利用PLC与中断技术实现数据的实时交换，结合螺柱焊接机器人的控制特点，详细阐述了数控系统的基本功能开发。3.1.1 本系统PLC的特点PLC是一种通用的可编程接口，主要由中央处理单元CPU、存储器、输入和输出模块以及供电电源组成。PLC一般分为硬件PLC和软件PLC。PMAC具有内置PLC，其工作原理同于在工业控制领域广泛应用的PLC，都是以循环扫描逻辑顺序控制程序来执行命令的。但是它又不同于其它的PLC，它的编程方式不是其它的梯形图编程，而是采用类似于BASIC等高级语言的编程语言，无需专用的编程器，更加灵活、方便、易于存储、打印观看和调试，并且其执行速度远超过普通PLC。当运动

56、程序在前台有序的运行时，PMAC可以在后台同步运行32个异步PLC程序。PLC程序与运动程序共享一种控制结构，但不能直接控制轴。PMAC提供了非专用的数字输入/输出口。由PLC输出的信号有：指示灯信号，第27页上海交通大学硕士论文伺服模块的驱动使能和速度使能信号等，这些信号经I/O口送入控制面板、电器控制柜和伺服控制器。同时PLC通过I/O读取控制面板、电器控制柜和伺服控制器的信号，送往PMAC卡。双端口作为工控机和PMAC的桥梁，使工控机读取PMAC的状态，实现对系统的监控，对机器人进行控制。PLC程序还可以像主机发送命令那样对PMAC运动控制器发送命令。由于PLC程序可完整地读取PMAC的

57、I/O，它们成为了运动控制程序非常有利的附件。PLC0是在伺服中断周期结束时以I8指定的频率运行的一个程序。该程序用于几个临界任务，它必须比较小，因为它的不断执行将占用其它任务的时间。PLC程序1到31在时间允许的范围内在后台不断的执行，实际上是处于一个无限的循环中。它们会被电机定相、伺服环闭合、运动准备和PLC0等优先级高的任务所中断。3.1.2 PLC调试环境PLC程序的编写是在PEWIN32（PMAC-EXECUTIVE for WINDOWS）可执行程序的窗口中进行的（图3-1）。PEWIN32主要是完成管理PMAC卡，它提供PMAC的终端界基本数控功能开发面，程序编辑器。还包括一些PMAC的参数配置工具，可以观察PMAC的参数以及状态寄存器的一些附带工具，是数控系统开发者对PMAC功能进行开发时使用的开发工具，功能齐全，使用方便。它的功能包括以下几点：（一）PMAC卡的管理和监测可以灵活的修改