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在汽車制造行業(yè)的汽車門板制造領域，為了減少生產場地占用，同時不降低生產效率，有了進口的4焊頭超音波焊機的推向市場。為了搶占技術革新中的該塊市場，上海津信與客戶共同開發(fā)了各項技術指標領先，且具有價格競爭優(yōu)勢的國產4焊頭12軸超音波焊機，此設備控制部分主要采用了三菱FX3U系列PLC和臺達B2系列伺服。

一、系統構成及工作原理

控制交互界面選用了市場上廣泛使用的臺達B系列10寸HMI；因為客戶工廠舊設備多來自日本，使用三菱自動化的產品，故依客戶要求為了便于設備維護，PLC選擇三菱FX3U系列；伺服驅動器選擇了市場占有率高且性價比極高的臺達B2系列伺服。

HMI和焊頭1的PLC之間采用三菱支持的RS422通訊，通訊速率可達115200bps。焊頭1的PLC和其它三個焊頭的PLC之間采用三菱PLC支持的N:N網絡，通訊速率最高為19200bps。

存儲在HMI上的配方數據、后面三個焊頭的運動參數及控制命令和后面三個焊頭的當前位置及狀態(tài)等均需通過N:N網絡來實現數據傳遞和共享。

配方里面的焊點焊接數據可以直接手動輸入（包括將備份的配方數據批量下載到HMI），也可以點動示教到焊點以后存儲焊點焊接數據到配方。

此外，該焊機具有自動門板識別功能，可以防止操作人員使用錯誤的焊接數據進行焊接生產，從源頭上防止了損壞設備或者生產材料的可能。

二、主要問題和解決方案

在開發(fā)過程中，主要解決了4個焊頭的防止撞擊的安全處理和配方及工作參數的穩(wěn)定傳輸問題。

4個焊頭的X/Y軸的正常工作速度為300mm/s左右，Z軸為350～400mm/s，因此解決工作過程中的碰撞安全問題是很重要的。當然，正常工作時，如果路徑規(guī)劃合理是不應該出現碰撞的，碰撞主要發(fā)生在以下2種可能性時：用戶數據設置錯誤和和由于各種原因沒有正確成功尋找軸原點。此外，一種從未遇到但也在防范考慮的原因就是控制器程序異常運行。

設備調試中發(fā)現路徑的規(guī)劃是該設備正常生產的一項耗費時間和精力的內容。因為門板的焊點在某些部位過于密集，而該區(qū)域又只能由不同的焊頭來完成，就需要考慮如何協調各焊頭的動作，使其能有個先后順序，在不同的時間到達該區(qū)域進行焊接，而焊接時間和冷卻時間會影響到焊頭到達某一焊點的時刻，所以加入防撞處理也顯得對于防范操作人員誤操作引入的撞擊可能特別重要。

三菱N:N網絡采用有限的8個數據寄存器來共享數據，而設備需要傳輸共60個點、每個點有7個數據的配方以及其它一些參數。在調試中發(fā)現三菱N:N網絡是廣播式的數據共享模式，就是說可以讓主機往共享的8個數據寄存器里面放數據，但沒有機制來保障這8個數據寄存器是同步更新的，從機可以從該8個數據寄存器取走數據，問題在于主機不知道從機什么時間已取走數據，而從機能否取走正確的數據還受網絡通訊狀態(tài)的影響。總之，對于批量傳輸大量的數據，廣播方式的數據傳輸是不可靠的。

為了解決這一瓶頸，我們引入了通訊的閉環(huán)邏輯及有限的通訊保障措施。當主機往共享數據寄存器里放置完數據以后，告訴從機，數據已經放置完畢，從機收到該通知后，開始處理數據，如果是發(fā)給自己的，就轉存到本機的相應數據寄存器，并反饋主機數據已轉存完畢，主機收到從機數據轉存成功的反饋后，再發(fā)送下一批數據。并加入了防止極端異常的情況的處理程序，及數據不是任何一臺從機的數據的情況。該解決方案解決了數據傳輸過程的錯亂和丟失問題，并且數據傳輸穩(wěn)定，較開環(huán)廣播式的傳輸縮短了1/3的通訊時間（指開環(huán)廣播傳輸的最短時間；開環(huán)廣播式傳輸時采用主機一定時間內發(fā)送一批數據的模式，時間長度根據實際傳輸情況設定，即使在較好的通訊狀態(tài)下，也存在個別數據丟失錯誤現象）。

經充分的現場調試和用戶測試，設備工作穩(wěn)定，相較于進口設備，各項工作性能優(yōu)異且價格具有競爭力。

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三菱PLC和臺達B2伺服在4焊頭12軸超音波焊機上的應用