运动控制卡在异形玻璃切割行业中的应用

[摘要]运动控制卡是一种基于工业PC机、用于各种运动控制场合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制单元。它的出现主要是因为:(1)为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求；(2)在各种工业设备(如切割、雕刻、喷涂、点胶、焊接等)、国防装备(如跟踪定位系统等)、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中,急需一个运动控制模块的硬件平台；(3)PC机在各种工业现场的广泛应用,也促使配备相应的控制卡以充分发挥PC机的强大功能。

一、数控系统组织结构及控制原理图

采用PC+运动控制卡的简易数控系统,一个完整的数控系统主要有“执行结构”和“上位控制”两部分组成。“执行机构”主要包括:步进电机,伺服电机,以及由继电器输出控制的交流马达、汽缸、液压缸等,“执行机构”通过机械联结装置将运动传递到刀具或工件,进而实现机械部件的运动；“上位控制”单元主要包括:PC机,运动控制卡,数控应用软件和辅助工具软件。

“上位控制”单元是数控系统的“指挥中心”,“执行机构”的所有动作都受“上位控制“的统一调度,从而确保了各部件协调动作。在“上位控制”对“执行机构”实施控制的过程中,运动控制卡起了关键性的作用,她是PC机和执行机构联系的桥梁,是执行机构的直接控制者,所以运动控制卡性能的优劣将直接影响整个数控系统的性能。

深圳市众为兴数控技术有限公司是一家专业从事数控硬件产品和应用系统开发的公司,运动控制卡作为公司的一项核心产品,其性能指标一直稳居在国内的先进行列,基于运动控制卡自主研发的数控应用系统渗透到了植毛钻孔机,水射流切割、火焰切割、异形玻璃切割、喷涂机、雕刻机、焊接机、医疗机械等领域。下面详细讨论运动控制卡在异型玻璃切割行业中的应用。

二、异形玻璃切割系统

1、行业概述

传统的玻璃切割采用手工和简易机械切割方式,在玻璃仅仅用于门窗的时代,上述切割方式已经绰绰有余。然而随着科技和生活水平的不断提高,玻璃在电子产品、工艺品、装饰品、家庭日用品等领域的应用越来越普及,利用传统方式去切割厚度很厚,面积大,形状复杂,精度要求高的玻璃非常困难,而且效率很低。传统切割方式在玻璃切割领域中的应用已经走到了尽头,取而代之的最佳方式莫过于将数控技术应用到玻璃切割中。

深圳市众为兴数控技术有限公司结合自身所长,自主开发了异形玻璃切割系统,该系统在玻璃切割行业中已经得到了广泛的应用。

2、系统设计

(1)硬件方案

因PLC和其他控制器存在图形处理麻烦、存储容量和内存容量小等缺陷,所以最终采用PC+运动控制卡硬件方案。

运动控制卡是基于PC机各种总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元,总线形式也是多种多样,通常使用的是基于ISA总线,PCI总线和PC104总线的。随着PC机的发展,主板上ISA插槽已经越来越少,而PC104总线插槽仅出现在价格昂贵的工控主板上,PCI总线已经成为普通PC机的主流。

综合玻璃切割工艺,加工过程中需要使用到两轴联动、三轴联动、、两轴直线插补、三轴直线插补和自动加减速等功能,所以选择PCI插槽的ADT8940四轴运动控制卡作为运动控制单元。

(2)软件方案

ADT8940运动控制卡具有开放式结构、使用简便、功能丰富、可靠性高等特点,其所有功能都是以库函数形式出现,用户只管调用,无须了解具体的实现方式,所以可以在短期内,开发出既满足性能要求,又能大幅度降低成本的系统。

在传统数控系统中,通常需要专业人员手工编辑G代码,或者使用Mastercam等专业性很强的绘图工具生成G代码,G代码是系统唯一能够识别的加工指令,这对操作人员提出了很高的要求。为了开发出通用性强,性价比高的系统,我们分析了目前比较通用的各种绘图工具,决定在兼容传统的G代码的基础上,增加目前通用性强的DXF文件(AutoCAD)和PLT(AutoCAD、CoreDraw)文件作为切割加工的原始数据,从而解决了客户使用G代码的烦恼。

VC中提供的数据链表模板类,可以很方便地管理数据,加上VC有强大的图形处理功能,可以方便地将数据文件格式转化成图形格式,直观地反映出来。所以选用VC作为软件开发工具。

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