樂偉偉

自動(dòng)焊接機(jī)控制系統(tǒng)采用了“IPC+多軸運(yùn)動(dòng)控制器”的控制結(jié)構(gòu)，整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的軟件主要包括基于6K4控制器的實(shí)時(shí)控制軟件和基于me的系統(tǒng)軟件：實(shí)時(shí)控制軟件是在6K4控制器基本指令的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多軸的運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)控制、后臺(tái)PLC掃描、機(jī)床側(cè)強(qiáng)實(shí)時(shí)信號(hào)的處理等數(shù)控功能；而采用基于COM的技術(shù)開發(fā)系統(tǒng)軟件，完成人機(jī)界面設(shè)計(jì)、主要參數(shù)設(shè)置、各軸伺服運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示等非實(shí)時(shí)性的工作，提高了軟件程序的可重構(gòu)能力和可重用性。

1系統(tǒng)總體軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要有三大部分組成，即上位機(jī)IPC應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)通訊設(shè)計(jì)、下位機(jī)運(yùn)動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)。其總體軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2上位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 IPC軟件系統(tǒng)功能分析

軟件系統(tǒng)的基本功能可分為兩部分：管理軟件和系統(tǒng)控制軟件。其中管理軟件的功能主要包括參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)初始化、各軸狀態(tài)顯示、程序調(diào)試、故障診斷等模塊，控制軟件的功能主要由粗插補(bǔ)運(yùn)算、自動(dòng)模式運(yùn)行、程序預(yù)處理等模塊。系統(tǒng)軟件功能模塊組成如圖2所示。

2.2上位機(jī)應(yīng)用程序界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)應(yīng)用程序的主要作用就是將數(shù)控系統(tǒng)的操作界面展示在屏幕上方便用戶的操作，這是數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)很重要的一部分。經(jīng)過對(duì)自動(dòng)焊接機(jī)硬件系統(tǒng)及用戶需求的分析，并結(jié)合對(duì)IPC軟件系統(tǒng)的功能概況分析，最終利用Visual Basic6.0可視化開發(fā)工具開發(fā)了直觀簡(jiǎn)潔、易操作的自動(dòng)焊接機(jī)人機(jī)交互界面。

在數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，用戶只需輸入簡(jiǎn)單的幾個(gè)參數(shù)，就可以自動(dòng)完成散熱器T型管相貫線的焊接。這大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。另外，為方便觀察和操作，在人機(jī)界面設(shè)計(jì)時(shí)盡量將焊接過程中需要關(guān)心的相關(guān)參數(shù)直觀清晰的在一個(gè)界面上表達(dá)出來。

系統(tǒng)上位機(jī)應(yīng)用程序應(yīng)主要包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)設(shè)置與顯示、點(diǎn)位數(shù)據(jù)庫(kù)生成及下載、原點(diǎn)設(shè)置和系統(tǒng)狀態(tài)顯示等模塊。

系統(tǒng)初始化：該模塊主要用于為用戶提供一個(gè)交互性好的人機(jī)界面，在這個(gè)界面中，用戶可以方便進(jìn)行各種操作。數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先運(yùn)行此模塊，完成用戶登錄、建立上位機(jī)與6K4運(yùn)動(dòng)控制器及嵌入式控制系統(tǒng)的通訊，對(duì)有關(guān)狀態(tài)指示器設(shè)置相應(yīng)的初始狀態(tài)等工作。

參數(shù)設(shè)置與顯示：針對(duì)散熱器T型管相貫線數(shù)學(xué)模型生成及焊接點(diǎn)位數(shù)據(jù)庫(kù)生成所需的各種參數(shù)，設(shè)置了以下幾個(gè)人機(jī)交互接口：橫管直徑、立管直徑、焊接運(yùn)動(dòng)線速度、插補(bǔ)周期、兩把焊槍的最大擺角及其擺動(dòng)速度、X軸偏移、起弧收弧時(shí)間等。用戶可以通過數(shù)字軟鍵盤方便的設(shè)置各種參數(shù)。

點(diǎn)位數(shù)據(jù)庫(kù)生成及下載：在菜單欄中的工具選項(xiàng)下可以打開這個(gè)子菜單。點(diǎn)擊生成按鈕，應(yīng)用程序采用直線插補(bǔ)方法對(duì)焊接曲線進(jìn)行直線段擬合，完成上位機(jī)的對(duì)曲線的粗插補(bǔ)，并生成相應(yīng)的各軸焊接點(diǎn)位數(shù)據(jù)庫(kù)，在屏幕上顯示出來。還可將其下載到6K4運(yùn)動(dòng)控制器中。當(dāng)焊接散熱器時(shí)運(yùn)動(dòng)控制器獨(dú)立運(yùn)行，保證了對(duì)焊接過程中各種參數(shù)的實(shí)時(shí)控制。當(dāng)下載完成時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示用戶下載成功，可以返回主界面，完成下一步工作。

原點(diǎn)設(shè)置模塊：通過機(jī)床面板上的手動(dòng)控制按鈕，分別對(duì)Y軸、Z軸、R軸坐標(biāo)位置進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，使兩把焊槍均到達(dá)焊接起弧位置。然后可通過機(jī)床面板上的確定按鈕保存當(dāng)前設(shè)定的焊槍在焊接起弧位置時(shí)各軸的相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)，以方便工件的連續(xù)自動(dòng)焊接。也可對(duì)當(dāng)前保存的相對(duì)原點(diǎn)坐標(biāo)值進(jìn)行微調(diào)。硬件原點(diǎn)按鈕是指使焊槍回到由各軸正負(fù)限位開關(guān)及原位開關(guān)（由接近開關(guān)組成）決定的硬件安裝原點(diǎn)位置。

系統(tǒng)狀態(tài)顯示：通過工業(yè)以太網(wǎng)接口，上位機(jī)系統(tǒng)可以通過API函數(shù)訪問6K4

運(yùn)動(dòng)控制器，讀取各軸的當(dāng)前坐標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)速度，并在界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)系統(tǒng)還可對(duì)當(dāng)前IPC系統(tǒng)和6K4控制器之間的連接狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控顯示。

3下位機(jī)焊接運(yùn)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

T型管相貫線的粗插補(bǔ)由上位機(jī)完成，而精插補(bǔ)及各軸伺服系統(tǒng)的插補(bǔ)聯(lián)動(dòng)控制則由6K4運(yùn)動(dòng)控制器來完成。6K4運(yùn)動(dòng)控制器是建立在Compumotor的6000編程語(yǔ)言的可靠平臺(tái)之上，帶有強(qiáng)大的特色，例如：電子凸輪，多任務(wù)處理，PLC掃描模式，可編程限位開關(guān)（PLS）功能，仿形和教學(xué)模式等，而且6000語(yǔ)言具有與Basic相似的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單易用。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中主要用到了6000語(yǔ)言的多任務(wù)處理功能、后臺(tái)PLC掃描功能、位置跟隨功能、注冊(cè)運(yùn)動(dòng)功能、三軸直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)功能、PLS功能等。用語(yǔ)言開發(fā)的焊接運(yùn)動(dòng)程序的主要功能是調(diào)用焊接點(diǎn)位數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，并通過各軸的伺服插補(bǔ)功能完成對(duì)相貫線焊縫的精插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)T型管相貫線的精確擬合。同時(shí)控制兩把焊槍在運(yùn)動(dòng)過程中執(zhí)行位置跟隨運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)調(diào)整焊槍相對(duì)YOZ平面的夾角以滿足焊接工藝的需要。

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