CN104238463A - 一种全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统，包括工业计算机、PLC+MC集成控制器、接线端子板，所述工业计算机与PLC+MC集成控制器通过PCI总线接口连接，控制器与接线端子板之间通过DC2接口连接。本发明的系统，将高性能嵌入式控制技术引入线束加工领域，实现面向线束加工的高性能的控制系统；采用多种控制模式实现机械控制与运动的协调同步；集成PLC过程和运动控制于一体，通过加工工艺的参数优化匹配、基于速度模式的运动控制等实现高速高精平稳加工。

Description

一种全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统

技术领域

本发明涉及数控装备与线束加工装备制造领域，特别涉及一种全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统。

背景技术

线束产品主要是以金属端子与导线线材经过压接加工并组装而成的。线束加工行业虽然只是一个配套行业，却占据着中国电工行业1/4的产值。它产品种类众多，应用范围十分广泛，涉及到电力、建筑、通信、制造等行业，与国民经济的各个部门都密切相关,线束产品已被普遍认为具有广阔发展前景的大类产品，是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。

目前世界上能够生产此类设备的国家只有德国和日本，这些国家生产的设备在技术和稳定性方面很成熟，技术附加值很高，进口到我国价格极其昂贵。目前市场上国产线束加工设备普遍存在着精度和速度有限、功能单一、成本高以及使用不够方便等缺点，主要是以下几个方面：

1)现有端子机控制系统都是利用国外PLC，需要电机控制模块，价格高；

2)电机控制不平稳，起停振动大，易过冲，控制精度难保证；

3)参数管理功能不够完善；

4)PLC过程控制，不适合系统电机加减速控制和闭环控制；

5)过程控制逻辑不太合理，难以提高加工效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统，包括工业计算机、PLC+MC集成控制器、接线端子板，所述工业计算机与PLC+MC集成控制器通过PCI总线接口连接，控制器与接线端子板之间通过DC2接口连接。

所述的PLC+MC集成控制器，包括DSP芯片、与DSP芯片相连的FPGA芯片，其中DSP芯片，连接有SDRAM芯片、FLASH芯片，系统的控制固件保存在FLASH芯片中，上电时自动由Bootloader(启动装载器)装载到DSP芯片内，在SDRAM芯片中执行。

所述的FPGA芯片包含PLC处理器模块、FIFO模块、运动轴控制模块、数字IO模块、手轮解码模块、手轮倍率及轴选择控制模块、颜色传感器串行数字总线接口模块、退刀剥皮控制模块、剥皮质量检测结果高速锁存模块以及PCI总线接口模块。

所述的接线端子板包括接线端子板0、接线端子板1、接线端子板2、接线端子板3、接线端子板4，接线端子板0—3每个端子板上分别包括2通道伺服/步进电机控制信号接口、2通道编码器信号以及数字输入输出信号，一共可控制8通道的伺服/步进电机以及获取8通道的编码器信号。这些端子板通过连接电缆把控制器的控制信号输出到执行部件如伺服电器驱动器、继电器等以及输入外界传感器传递给控制器的信号，这些信号首先由FPGA相应的模块根据运行在控制器中的固件算法处理或者产生；端子板起到了接线清晰，信号汇流的桥梁作用。

PLC+MC集成控制器的8通道伺服/步进电机控制信号接口分别是轴0信号接口、轴1信号接口、轴2信号接口、轴3信号接口、轴4信号接口、轴5信号接口、轴6信号接口、轴7信号接口；8通道编码器信号接口分别是编码器0信号接口、编码器1信号接口、编码器2信号接口、编码器3信号接口、编码器4信号接口、编码器5信号接口、编码器6信号接口、编码器7信号接口；3通道手轮倍率接口分别是x1、x10和x100接口；4通道轴选择接口分别是轴X、轴Y、轴Z和轴4接口。PLC+MC集成控制器提供了退刀剥皮控制模块；PLC+MC集成控制器通过剥皮质量检测结果高速锁存模块在高速运动中捕捉传感器的检测结果不遗漏，并连接颜色传感器，加工过程中的可实时进行质量在线检测。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)系统可对设备多达7个运动轴的运动以及多个传感器进行控制、监视，一次完成送线、切线、剥皮以及电线一头或两头端子压接的整个控制过程。

(2)单端模式是机台只有一套剥线、端子压接机构，只能进行电线的一端进行剥线、端子压接。双端模式是机台共有两套剥线、端子压接结构，可以对电线的两端进行剥线、端子压接。控制系统可根据机械结构通过软件设置为单端控制或者双端控制模式；提供多种线束加工模式和程序控制模式，并可对每种不同加工模式进行参数配置编辑。

(3)设备参数管理采用数据库，具备完善的各种数据库管理操作功能，可以方便的进行参数编辑、修改、保存，并具备数据权限分级管理，方便设备使用、维护、管理。

(4)提供手动调试模式，实时提供设备各个运动轴的坐标、IO状态、传感器的状态显示，提高设备安装调试时的效率，方便设备维护管理。

(5)提供良好的人机交互功能，图形化显示加工工艺的参数、给出报警、错误等报告；此外在加工过程中，软件面板实时显示产品的加工产量状况等。

(6)线束加工中的送线、切线、剥皮、检测、端子压接过程中的动作有严格的顺序和联动要求，控制器通过DSP执行高精度的联动插补算法，FPGA上PLC处理器配合FPGA上的高精度的定时器执行加工顺序过程控制，从而协同联动算法以及顺序控制。高精度的机械与运动的协同控制技术实现线束加工中的动作联动控制以及过程和运动的精确同步控制保证加工的精度、速度及平稳性。

(7)集成PLC，构建了运动控制和过程控制于一体的混合型控制器，简化了不同应用的开发难度，降低了成本。

(8)系统在完成前面一道工序后转入下一道工序前要对前面工序加工情况进行合格检测，采用颜色识别功能不只识别了“是”与“否”更能识别加工的产品是否达到质量要求，大大降低次品生产，提高设备的稳定性能。

(9)系统工作过程中有一个线口剥皮工序，在设计该工序时利用控制器高精度控制功能，在剥皮刺破绝缘层靠近导线后添加一个退刀剥皮功能，让剥皮刀退回0.05-0.08mm后再拉掉剥去部分，解决刮铜问题，保证剥口的整齐。

附图说明

图1为本发明所述的一种全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

工业计算机以Intel兼容CPU与Windows XP操作系统为核心，用于运行全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统图形化人机交互GUI)操作控制软件，具有参数设定、实时在线检测和加工状态监视、数据库管理以及多种工艺操作模式。

PLC+MC集成控制器的高性能32位PCI接口，符合Rev2.2 PCI标准，带宽为33MHz，支持即插即用，通过PCI接口总线与工业计算机进行控制指令传输和数据交换。控制器以DSP芯片和FPGA芯片为核心，DSP芯片主要执行点动、定长运动、直线插补、圆弧插补、空间曲线3轴联动插补、梯形加减速、S形加减速功能，多段轨迹前瞻速度规划算法，实现高精度的运动联动控制，多段轨迹前瞻速度规划算法实现运动中改变速度或目标位置，可在加工工艺过程中的各段工艺运动中不用停止，无缝连接下一工艺的运动，提高运动控制效率；PLC处理器主要执行控制系统的加工工艺过程的控制。

FPGA芯片上实现了PLC处理器模块、FIFO模块、运动轴控制模块、数字IO模块、手轮解码模块、手轮倍率及轴选择控制模块、颜色传感器串行数字总线接口模块、退刀剥皮控制模块、剥皮质量检测结果高速锁存模块以及PCI总线接口模块等IP核模块，保证系统能够实现高速高精度的控制。

接线端子板通过DC2接口与控制器进行通信，传递控制结果到外围执行部件，并且获取外部开关、颜色传感器等信号状态。

在工业计算机上安装专门开发的全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统人机交互操作控制软件、PLC+MC集成控制器驱动程序及其通讯控制动态链接库。将PLC+MC固件控制程序烧写到控制器的FLASH芯片中。然后将控制器插入到工业计算机的空余的PCI插槽中并安装其驱动程序及辅助程序库，再用FC电缆连接控制器和接线端子板，构成上、下位机形式的全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统。

用户通过系统通过操作运行在工业计算机上的全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统人机交互操作控制软件，根据设备机械结构属于单端或双端结构以及线束产品要求，设定其工作模式、加工工艺参数以及控制参数数据，然后进行自动编程，调用控制器的通讯控制动态库函数，将所需的运动指令、加工参数等发送到运动控制器，运行在DSP以及FPGA上PLC处理器的运动控制和过程控制固件对上位机发下的指令及数据进行解析，进行速度规划处理与插补运算，送线、切线、剥皮、检测、端子压接过程中的动作严格的顺序和联动要求由控制器通过DSP执行高精度的联动插补算法，FPGA上PLC处理器配合FPGA上的高精度的定时器执行加工顺序过程控制，从而协同联动算法以及顺序控制，并实时通过端子板获取外部各种状态数据，反馈给控制器，生成运动控制以及IO输出指令，通过端子板送至机床执行部件，驱动机械部件执行加工工艺要求的动作，从而加工出相应的线束产品。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统，其特征在于：包括工业计算机、PLC+MC集成控制器、接线端子板，所述工业计算机与PLC+MC集成控制器通过PCI总线接口连接，控制器与接线端子板之间通过DC2接口连接。

2.根据权利要求1所述的全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统，其特征在于：所述的PLC+MC集成控制器，包括DSP芯片、与DSP芯片相连的FPGA芯片，其中DSP芯片，连接有SDRAM芯片、FLASH芯片，系统的控制固件保存在FLASH芯片中，上电时自动由Bootloader(启动装载器)装载到DSP芯片内，在SDRAM芯片中执行。

3.根据权利要求2所述的全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统，其特征在于：所述的FPGA芯片包含PLC处理器模块、FIFO模块、运动轴控制模块、数字IO模块、手轮解码模块、手轮倍率及轴选择控制模块、颜色传感器串行数字总线接口模块、退刀剥皮控制模块、剥皮质量检测结果高速锁存模块以及PCI总线接口模块。

4.根据权利要求1所述的全自动单双端切线剥线端子压接机控制系统，其特征在于：所述的接线端子板包括接线端子板0、接线端子板1、接线端子板2、接线端子板3、接线端子板4，接线端子板0—3每个端子板上分别包括2通道伺服/步进电机控制信号接口、2通道编码器信号以及数字输入输出信号，一共可控制8通道的伺服/步进电机以及获取8通道的编码器信号。