| 本期我们将为您介绍PMAC在其它方面如检验、喷涂、焊接、印刷、张力控制、食品加工、包装、材料处理、车辆控制、摄像控制和通用自动化等领域的应用。 |
我们已经比较全面地认识了PMAC为核心的开放式数控系统的功能及其在机床和机器人方面的应用。本期我们将为您介绍PMAC在其它方面如检验、喷涂、焊接、印刷、张力控制、食品加工、包装、材料处理、车辆控制、摄像控制和通用自动化等领域的应用，限于篇幅，略举几例。1 TITANIC(泰坦尼克)号
PMAC控制的是一个面积为100m×200m、重量超过450t、定位精度为2.54mm(0.1英寸)的平台，在一个装有海水、容积为68190m3的水箱内浮沉，电影《泰坦尼克号》模型的各种布置均设置在这个平台上。PMAC通过控制行程为20751.8mm(817英寸)、直径304.8mm(12英寸)的液压缸来控制此平台，改变倾斜角度到12°，并以152.4mm/s的速度使平台下沉6096mm(20英尺)，上下沉浮幅度最高达10363.2mm(34英尺)。工作中使用了两种运动模式:(1)PMAC通过操纵杆控制平台跟随一个1:20模型的运动。(2)PMAC可以接收用户机上发出的数据来控制平台。正是PMAC的以下特点使TITANIC号模型所需要的功能得以实现:(1)模拟位置反馈。通过ACC36来改变编码器转换表，并运行一段小程序(PLC0)，PMAC能从缸套的液位计上取得模拟位置反馈。(2)主跟随模式。在此模式下，PMAC控制液压缸跟随只有平台1:20大小的比例模型运动，这种模式依赖于PMAC的手轮跟随软件。(3)图形界面。通过应用PTALK OCX和V?，不仅允许用户准确地指定多个运动的先后顺序，还能以图形方式实时显示平台位置和目标位置。硬件配置:PMAC 8轴卡，ACC36，PTALK OCX：控制轴数:8轴。2 AECOM微型阵列打印机
AECOM的微型阵列打印机是用来在显微镜载片上存放高密度网格排列的cDNA、染色体组DNA或其它类似的生物物质的专用仪器，主要由一台计算机控制的高精、高速三轴机器人和一个独特的笔尖组件组成。它能在一个很小的表面上存放成千上万滴基因物质。笔尖每次滴一小滴，每一滴的基因都不同。这样就能用基因物质的取样进行基因表达实验，同时获得基因的数据。2.1 机械滑台
微型阵列打印机的三轴机器人安装在一个Newport振动隔离工作台上，这个工作台有一个激光台面，测量范围是914.4mm×1524mm×50.8mm(3英尺×5英尺×2英寸)，其支撑结构坚固，具有良好的振动阻尼特性。机械滑台由安川电动机和伺服放大器定位。X轴电动机:750W、3000r/min，转矩2.387N·m：Y轴电动机:200W、3000r/min，转矩0.636N·m：Z轴电动机:100W、3000r/min，转矩0.318N·m。三台电动机各配一2048计数编码器，通过四倍频获得电动机每转计数8192的电气分辨率。对应的直线分辨率X、Y轴为±2.5µm，Z轴为±0.125µm。放大器与电动机型号相匹配，内有预处理器控制，电晶体高压电源电路，有一个插入式控制器监控并调整放大器。电源由带手闸断路器20A电力线供给，为220V、60Hz单相电源。每根线上的保险丝都装在工作台下的控制面板内。放大器在转矩模式下工作，PC机内的伺服控制卡提供±10V、与所需转矩成比例的模拟控制信号。编码器信号反馈给两个放大器和伺服控制卡，这样每根轴的位置控制环就在PC中的伺服控制卡内闭合了。控制面板上继电器允许通过工作台前面的一个紧急开关切断电源。控制面板内的其它继电器可分别控制Z轴制动、烘干位，并提供失效保险看门狗计时器在计算机发生故障时切断电源。光耦状态和控制信号在放大器和PC机内的伺服控制卡之间互相发送时，控制面板上的24V直流电源励磁继电器线圈。2.2 伺服控制器
基于PC的伺服控制器是Delta Tau的四轴PMAC卡，可编程进行复杂的伺服计算，以2.26kHz的速率更新各轴。卡的配置要求正确设置100多个跳线为各种应用情况选择的相应参数。另外，在对齐和标定相位的过程中，设置500多个软件参数，使伺服性能得以适合各轴。该卡可同时运行运动控制程序和多个PLC程序(用于辅助操作和异步控制功能)，提供光耦输入监测霍尔效应传感器，这些传感器用来指出每根轴的原位和正负限位。伺服控制器可直接启用各放大器，且当发现处于限位状态或故障时，将立即禁止伺服。各种继电器的状态均反馈给伺服控制器，以便监测到故障状态并帮助排除故障。烘干位的供电通过伺服控制器的一个输出由继电器进行控制。根据需要可另加输入和输出点。选用THK三轴机械滑台最好地提供了与设计目标一致的精度和速度的组合。2.3 笔尖组件
在一个精密机加工壳体内有12个笔尖，装在Z轴滑台的移动块上。但由于控制滴定量的滴定板的几何形状，实际可使用笔尖数为1、2、3、4、6、8和12。要求笔尖低磨损，每滴的滴量大小一致，装满后至少可滴100下。2.4 计算机
使用Gateway2000的P5-166型PC机，166MHz的奔腾CPU带32M的RAM，3.2GB硬驱，17英寸显示器。配有350VA的UPS，备用电源以防意外断电。计算机在WindowsNT操作系统下运行，机器人的控制程序是用微软的VB专业开发包进行内部开发的。控制程序提供用户友好界面，用户通过界面进入如下各项程序:滴定板的关键坐标值、显微镜载片、清洗/烘干工位、滴点浓度和滴点数的设定、需要处理的载片数。然后，选择相应的程序运行。PMAC卡运行自己的程序语言，单独编写相应的运动程序。它通过ISA总线与主机进行通信。Delta Tau中的OCX软件包允许VB控制程序在Windows NT下运行，并与卡进行通信。控制程序将相应的参数传给PMAC卡，运行相应的运动和PLC程序，再得到控制反馈的系统状态和电动机参数，并显示给用户。Delta Tau提供一个PMAC可执行的DOS程序，用来建立PMAC卡的不同参数，根据现有的硬件配置和系统性能要求来调整伺服系统。3 虚拟现实系统
VR系统，两个立体(声)图像流组合发送给用户。使用Luma-keying装置获得两路图像流(即来自立体脑摄影机的PAL流和来自混合图形器的VGA流)的组合。一路图像流(3D计算机图形)由一个混合图形器TDZ2000生成，另一路图像流由一个安装在机动车上的立体(声)机器人脑部系统拍摄远程环境而得。使用3DStudioMax能在混合图形器上离线开发出真实世界的3D模型，再用World Toolkit软件实时输入并操作模型。有两个系统可看混合立体视频图像，即虚拟研究的V8HMD和21英寸的立体监视器。机器人脑和机动车的控制器基于PMAC多轴运动控制器。PMAC卡执行初始化、标定、PID参数调整和运行控制等功能。主机在Windows NT下运行，提供脑跟踪系统(Plohemus Fastrack或交感IS-300装置)和伺服定位系统之间的接口，通过解释输入传感器的轨迹数据，再转换成合适的格式发送到PMAC的闭环控制系统。编码器对镜头摇动和斜轴的读数存储在PMAC装置的寄存器内，通过主机能实时拷贝到双端口RAM上。通过一个100M位的以太网连接进行混合图形系统和机器人脑/机动车控制器之间的通信。通过这种socket连接，运行在混合图形器上的World Toolkit程序可要求更新每次翻译后的脑、机动车的位置。4 生物芯片扫描设备
设备用于医疗中的血液扫描采样。通过快速扫描医院中病人的血液标本，得到关于血液的各项数据指标，以用于疾病诊断和处置方法的确定。整个处理过程如下:将病人的血液置于采样玻璃片上，通过X-Y平台的组合运动将玻璃片送入采样区，采样头在滴有血液的平面上划过取得标本，经过高速数据采集系统，将非常小的血液标本的数据采集到计算机中，最后得到血液的化验报告。设备对X滑台的定位精度要求为1µm，对Y滑台的定位精度要求为0.5µm，速度要求为1m/s。我们用MINI-PMAC精确控制X-Y平台的运动，实现了以下功能:X滑台用松下交流伺服电动机驱动，Y滑台用带有分辨率0.5µm的反馈光栅尺的直线电动机驱动，两者皆采用速度控制方式，达到了系统高速高精度的技术要求。5 石油或天然气管道全位置自动外焊机
管道全自动外焊机是管道环缝焊接的专用设备，通过采用PMAC来控制焊接过程的工艺参数，使得每台焊车均具有根焊、热焊、多层填充焊和盖面焊功能。焊接小车行走速度0～2.4m/min，焊枪可以摆动的宽度为0～40mm，焊丝直径0.8～1.2mm。小车设有行走、送丝、左右摆动、焊枪位置调整机构和夹紧机构。我们用PMAC-LITE(对单头焊机)和PMAC-PC(对双头焊机)进行控制实现了以上功能。系统整体配置如下:采用步进电动机或伺服电动机及其驱动器驱动机械部分的十字滑台，其中送丝机构由一台伺服电动机经过减速机减速后驱动，来完成送丝的任务。与此相似，行走机构使小车沿管道焊缝移动，实现焊接。应用中充分利用PMAC脱机工作的特点，将工艺参数和运动程序、PLC程序下载到PMAC上，修改时用笔记本电脑即可完成，非常方便。焊机在使用中面临的环境恶劣:高温、低温、风沙、潮湿、震动颠簸和大电流干扰等。利用PMAC-PC坚固的封装，焊机经受住了种种恶劣环境的考验，被成功地用于西气东输工程。6 自动巡视望远镜
自动巡视望远镜(APT)是一台宽视野的计算机控制显示器(CCD)成像的望远镜，正在澳大利亚的Siding Spring Observatory的新南威尔士大学运行着。同施密特摄影机的光学设计相似，不同之处在于采用了一组三件透镜，以获得一个宽阔的修正视野。望远镜的运动和CCD的操作都由计算机控制，能在长期的监测项目中进行自动观察。APT的RA/Dec电动机由一个PMAC-Ultra-Lite卡驱动，带一可用于光隔离的PMAC Macro站。在驱动望远镜的程序代码中，采用了m4 macro预处理器以便于维护PMAC代码。硬件配置:PMAC2-Ultra-Lite7 三维飞行仿真器
三维飞行仿真器是我国的一个应用实例。该三维飞行仿真器主要用于模拟飞机和飞艇等飞行的各种姿态，用于对各种航空航天的飞行器进行测试和检测等。采用电动机直接驱动，通过对X、Y、Z的不同运动组合，合成空间任意角度的运动，同时频率响应高，测试范围大，达到了国际先进水平。方案配置:采用PMAC2-PC 8轴卡对电动机进行PWM控制。另一个相似的实例是三轴精密飞行运动仿真器，它是一个多功能的系统，用于检测惯量测量单元、惯量导航系统、惯量平台、封闭万向接头里的回转部分和惯量组。三轴检测系统由一个内部轴(决定滚摆角)、一个中间轴(决定倾斜角)和一个外部轴(决定扭摆角)组成。每个轴都配有直流伺服电动机、旋转变压器、编码器、限位开关和集电环组件。本应用利用了PMAC在恶劣环境中具有高性能、能控制不同电动机、接收不同反馈、高速伺服更新能力等优点，每个轴都具有双反馈能力、数据获取能力等功能。8 总结
通过以上案例，我们可知，PMAC的控制功能是非常强大的。从32轴机床到多轴机器人，从TITANIC号到HUBBLE(哈博)望远镜，无论是工业应用还是公众产品，PMAC都可以帮你实现自己的目标。PMAC尤其在以下几个方面具有强大的技术优势。8.1 高精尖产品的研发应用
用于要求高精度、高速度、大负载和快速反应的情况。如PMAC用于可调波激光，可以实现0.3pm的分辨率，1～2pm的重复定位精度，目前用户正计划将精度提高到0.5pm。在激光切割中，在负载高达1t、双龙门架的速度为50m/min、加速度1.5g的情况下，跟随误差小于0.25µm。因此，PMAC在生物、医药、航空航天、半导体、芯片、机器人等高科技领域得到较多应用。8.2 各种档次数控机床
目前，大多数数控机床都采用开放式数控系统，PMAC有各种机床CNC控制器以满足各种层次数控机床的需求。如Advantage 500是专门针对恶劣的环境要求而设计的，Advantage 600具有针对特殊材料的加工性能，Advantage 700是Delta Tau最尖端的CNC系统，最新推出的Advantage 810性能价格比高，结构紧凑，完全集成，适合于开放式CNC机床的OEM和改型。810-U采用3U型“UMAC”控制，810-Q采用物美价廉的适合于3轴机床的“QMAC”控制，CNC AutoPilot自动指示功能使得集成和调试非常简单易行。8.3 数控设备(数控机床)的低成本改造
封闭的系统限制了将新技术加入现有的机床系统，而开放式体系结构的特点，使得用PMAC改造数控机床可以实现低成本，高性能，允许用户将新技术产品引入机床而不必抛弃现有的系统。如上海交通大学利用PMAC的开放性成功地改造了日本MAZAK QT-10车床，使原有的投资得到了最大利用。至此，开放式数控系统专题讲座的内容全部介绍完了，希望我们的讲座对您的工作和学习带来帮助。对文中内容有何意见和建议，或在数控系统的开发与应用中有任何疑问，请与本公司联系。从下一期开始，我们将讲述机电一体化系统“DIY”的课程，帮助工程技术人员从简单到复杂，由浅入深搭建机电一体化系统，为开放式数控系统专题讲座应用部分的实际演练作指导。
发布日期：2018-03-28
