贝加莱 PCC 及ACOPOS 伺服在刻蚀线上的应用_贝加莱_

贝加莱 PCC 及ACOPOS 伺服在刻蚀线上的应用

2011/7/5 14:37:00

1 简介

1 . 1 系统简介

　　系统为普通糟孔荫罩刻蚀线，主要包括开卷部分、刻蚀腔体部分、第一水洗部分、电解剥离部分、最终水洗部分和最后的烘干及撕边部分。

　　表面有光致抗刻蚀剂的成卷钢带，在开卷部分被拉开，并送人刻蚀腔体。腔体刻蚀液为FeC13 , 与钢带的无光抗部分反应，形成槽孔。第一水洗的作用为停刻蚀，将荫罩表面的FeC13 均匀地完全去除。剥离部分用于剥离钢带表面的光抗，剥离液为NaOH 。最终水洗除去钢带表面的NaOH 和杂质。烘干部分烘干钢带表面的水分，防止生锈。之后钢带进人撕边机，撕去荫罩四周的废边。刻蚀生成的工艺过程如图1 所示。

图1 刻蚀生产线工艺过程

　　刻蚀腔体部分为整个系统的关键，其刻蚀的效果直接影响到产品的合格率。整个刻蚀过程有6 个腔体，每个腔体中有上下两对喷嘴，分别由两台电机控制，电机控制喷嘴来回摆动。因此整个刻蚀部分由12 台电机组成。由于电机不断来回摆动，这里称之为摇摆电机。

1 . 2 摇摆电机运动简介

　　根据工艺要求电机必须按照一定轨迹运行，而且不同的电机运行轨迹有所区分。由于对运行曲线的高要求，摇摆电机的控制选用了B&R 的PCC 及ACOPOS 伺服控制器。

　　在上位机，工作人员给定一条轨迹上的16 个点，如图2 所示，其中横轴为位置，纵轴为速度。12 台电机每台都有一条设定的曲线。PCC 除了完成对电机的起动、停止、运行等逻辑控制外，主要的功能就是控制电机按一定的轨迹运动，使得这个轨迹同时经过所设定的16 个点，并且保证电机运行的平稳。由于要求快速响应和高控制精度，摇摆部分使用同步伺服电机进行运动控制。之前使用东芝公司的PLC ，有摆动不平滑的问题，因此改用B&R 开发的高性能控制器PCC 。PCC 在控制器中使用嵌人式操作系统，且设备层网络采用实时以太网，可以实现非常高的实时控制要求。

图2 摇摆电机轨迹点设置

2 B&R PCC 及ACOPOS 伺服

2 . 1 B&R PCC 硬件配置

　　摇摆部分采用了B&R 2005 , 2005 系列CPU 是B&R 第四代控制系统SG4 ，采用的是Intel 处理器，包括了电源模块、CPU 模块、数字输入输出模块。其中CPU 的PCI 总线插槽中插人了Power Link 网络适配器。若采用PowerLink 串联，最多只能串联10 台伺服控制器，本系统采用Power Link IF786 及一个HUB 将12 台电机分成两条串联支路进行实时控制。数字输人模块用于起动、停止、紧急停止、12 台电机的Readay 、找原点信号输人。数字输出用于电机运行、电机故障、12 台电机寻找原点的状态指示。

　　上位机与PCC 可以通过RS232 与以太网进行通信。RS232 作为编程口。以太网作为实时通信口，用于数据的上传与下载。将上位机设定的运动曲线实时传给PCC ，同时将实际运动位置、速度、电流及故障信息传给上位机。

　　图3 给出了一台电机的伺服控制器与共他硬件设备的连接图。电机控制器采用了B&R 的ACOPOS 伺服控制器。伺服控制器插人了Power Link 模块AC112 ，用于和前后两台伺服控制器相连；AC122 为旋转编码器模块，用于电机的速度与位置检测。ACOPOS 1090 本身提供了温度信号检测（T ＋、T 一），抱闸信号输出（B 一、B + ) 和其他控制信号。在现场，同时安装了三个光耦给定电机运行的正向极限位置、反向极限位置和原点位置。在运行前电机首先找到原点光耦所在位置定为O 位，然后根据设定曲线运行。而正、反向极限光耦信号起到了保护作用，当光耦给出信号时，伺服将给出极限故障信息并且停止运行。

图3 伺服控制器与外围连线

2 . 2 ACOPOS 伺服控制方式

　　ACOPOS 的伺服控制如图4 所示，大致可以分为四个部分：初始值处理、位置控制、速度控制、实际值检测。在初始处理时，根据给定的位置及最大允许速度和最大允许加速度，给出一个理想的定位过程，即得出加速、恒速、减速段，不同位置时的速度也相应得到。位置控制主要有比例调节、比例调节限制p _ max 、积分限制i _ max 和积分调节。比例调节后的值为k* △s ，若k* △s > p _ max ，则v_ p ﹦P _ max ；若k* △s ﹤﹣p _ max ，则v _ P ＝ ﹣p max 。同理i _ max 用干限制积分调节值，v _i 。速度调节为一般的PI调节得到控制电流值送入矢量控制器，对电机进行控制。而电机的实际位置通过编码器得到。

图4 伺服控制框图

3 B&R PCC 软件系统

　　整个软件系统可分为过程可视化接口（PVI ) 和Automation Studio。PVI 用于与上位机的通信，Automation Studio 则用于PCC 的逻辑控制与运动控制等的编程。

3 . 1 PVI 通信

　　PVI 是所有Windows 应用程序访问贝加莱工业控制器的统一接口。使用PVI ，用户在开发通信程序时不需要花大量时间考虑底层的通信过程，也不需要调用复杂而繁琐的Winsock API 函数，只需在逻辑结构上进行简单的配置即可访问PCC 上的变量。PVI 的最大特点就是能够使用程序直接操作PCC 任务中的变量，因此必须给每一个过程变量在PVI Manager 中的映射指定唯一的路径。

　　PVI 通信的核心任务是建立过程变量的映像，建立的结果是每个映像都和网络中唯一的一个变量一一对应。这个变量可以是一个基本类型的数据，如整型变量，也可以是一个自定义类型的数据，如结构体变量。这个映像包含了从应用程序所在工作站到变量所在任务的路径信息。如果把控制器和模块也当作通信中对象的话，每个映像路径包括的对象有：基本对象（Pvi ) ；线对象（Line ) ；站对象( Station ) ； CPU 对象（CPU ) ；模块对象（Module ) ；任务对象（Task ）和变量对象（Variable）。这个映射路径由PVI Manager 统一管理，每个对象包含对象名，对象描述和存取参教。劝象名（包括路径）是PVI 中的名字。对象名由用户任意确定，对象描述必须与PCC 中待映射的变量名字一样，PVI Manager 依靠对象描述找到具体的过程变量，实现映象关系。存取参数包括数据类型说明、刷新时间、事件类型等。
在本系统中，伺服电机运行在16 个位置的速度是确定的，位置和速度均可以在上位机上设置，然后发送至PCC 。将这些数据封装为一个结构体：

　　struct MotorCommset { float Position [16]；//16 个点的位置 float Speed [16] ；//16 个点的速度 int MotorNumber ；//标示当前设置的是第几台电机}；

3 . 2 Automation Stndio 编程

　　Automation Studio 为每个应用与程序提供了多种编程方法。包括：梯形图LAD ，指令表IL ，结构文本ST ，顺序功能图SFC , AB , ANSIC 。其中ANSIC 是使用于新一代Automation Studio 的功能强大的高级编程语言。利用ANSIC 编写的语言可以实现更高级的功能。在摇摆部分的电机控制中，利用了ANSIC 来实现曲线生成的功能。

3.2.1 对象建立

　　B&R 的伺服运动控制采用了面向对象的控制方式，使用高级语言C 针对一个伺服控制器创建一个运用对象ax _ obj 后，可以利用针对此运动对象创建的指针* p _ ax _ dat _ ，对电机完成不同的运动控制。

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

　　每台伺服控制器在硬件上都有一个节点设置部分，可以设置各自的节点号。在命令ncalloc 中通过不同的ACP10_ NODE 可以为不同的伺服创建各自的运动对象。

3.2.2 虚轴

　　在ACOPOS 的伺服中，针对每一台伺服而创建的运动对象，都有一个假想的轴，称之为虚轴。这个虚轴跟实轴一样一方面能够作为从轴，跟着主轴完成同步轨迹。另一方面也能作为主轴，让其他轴参与同步。由于虚轴的引人，使得一个伺服也能够和自己的虚轴发生同步关系，即电机运行时以自己的虚轴作为主轴，实轴跟随虚轴同步。

　　这里伺服要完成曲线运动，在