基于固高运动控制卡的玻璃切割机控制系统设计
时间：2020-12-29 00:00:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：为了提高玻璃切割自动化的目的，本文提出了一种玻璃切割控制系统的设计方法。该系统以固高运动控制板为核心，设计与实现了一种应用于玻璃切割设备的开放式控制系统。板卡拥有多种成熟的运动控制算法，可以很好的满足玻璃切割中刀具的各种速度、轨迹的需求；同时步进电机和高精度的平移台保证该系统的精度；软件系统中快速的排样、轨迹算法设计，保证了该系统运行的速度。
关键词：运动控制卡 玻璃切割 步进电机
中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）10-0000-00
1 概述
中国人口众多，对玻璃的需求很大，大的玻璃需求，促进了玻璃加工工业的发展，同时拉动了对加工机械的需求，国内的玻璃加工业只有十余年的历史，发展较晚。传统的玻璃加工过程全部依赖于手工加工，国外的玻璃深加工领域，占主导地位的几个公司都有80多年的历史。随着改革开放的不断深入，国内的玻璃加工行业开始与国际接轨，自动化生产的程度也越来越高。但高端的自动化设备都是从国外引进，价格昂贵[1]。
本文以固高运动控制板为核心，设计与实现了应用于超薄光学玻璃切割机设备上的由PC机+固高GTS-800-PV（G）_PCI系列运动控制器构成的开放式控制系统，提高了玻璃切割机自动化控制程度。运动控制卡作为基于PC机的下位控制单元，在系统的应用及开发过程中，表现出了极大的灵活性和开放性。
2控制系统硬件设计
在保证自动化的前提下，控制好切割刀具轨迹的运动速度和稳定性对加工出高品质的玻璃至关重要。玻璃切割机总体由自动化的控制系统和高精度的平移台组成，如图1所示。
控制系统的由以下部分组成：
（1）运动控制器；
（2）具有PCI接口的主机；
（3）步进电机；
（4）电机驱动器；
（5）驱动器电源；
（6）+24V直流电源（用于接口板电源）；
（7）原点开关、正/负限位开关。
伺服电机既可以选择交流伺服电机也可以选择直流伺服电机。 运动控制器提供两种不同的控制信号：正脉冲/负脉冲、脉冲+方向。在控制步进电机时，控制模式为开环控制。
切割机工作流程可以概括为：玻璃工件放于专用基质基上，然后通过专用胶带固定于加工位置后。根据以规划好的加工路线将激光刀口至于玻璃之上，调整好刀口与玻璃之间的距离，然后对刀口进行预热，同时玻璃工件找零。对运动板卡加载已有参数，然后输入加工参数，控制1轴进行平移，当整个加工平面到达限位位置，平移台停止工作。最后复位，取出玻璃板，加工完毕。
3控制系统软件设计
根据上述切割机工作流程要求，现列出如图2所示的流程图，以方便进行产品加工。
要使用运动控制卡必须首先调用GT_Open（）函数打开运动控制卡，让上位机和运动控制卡建立通讯。对于PCI总线的运动控制卡，调用GT_Open（）函数时不必指定运动控制器的基地址，而对于ISA总线的运动控制卡必须指定。打开运动控制卡以后，调用GT_Reset（）将运动控制卡的所有寄存器恢复到初始状态。系统操作完毕在退出应用程序的时候，应当调用GT_close（）关闭运动控制卡[4]。如果用户预先有设定好的参数文件，可以通过文件配置器将设定好的函数直接加载到板卡上。轴状态调试图如图3所示。
为了方便用户实现多段连续轨迹运动，运动控制卡提供了一个大小为8k字的缓冲区。用户可以先将部分轨迹描述或参数质量存放在缓冲区中（以缓冲区满为限），然后启动缓冲区执行指令。在运动控制器执行缓冲区内轨迹指令的同时，用户可继续向这个缓冲区内传送轨迹描述或参数指令。运动控制卡提供了与这些功能对应的函数，包括缓冲区运动的启动GT_StrtMtn（），停止缓冲区运动GT_StpMtn（），以及恢复缓冲区运动GT_RestoreMtn（），还包括再次打开缓冲区指令GT_AddList（）。
当把运动指令压满控制卡的运动缓冲区后，就可以启动缓冲区的运动。在运动的过程中，还需要连续的压运动指令到运动缓冲区，此时如果需要停止缓冲区的运动可以调用GT_StpMtn（），如果需要恢复缓冲区的运动可以调用GT_RestoreMtn（），恢复缓冲区运动时，运动会自动从停止运动的断点继续缓冲区的运动。由于调用了GT_StpMtn（），控制卡会自动关闭缓冲区，如果用户还要继续的压运动指令到运动缓冲区，则需要调用GT_AddList（）继续追加运动指令。
整个操作界面简洁，切割长度变化可修改步长，进给速度变化可修改脉冲速度，如需停止点击平滑停止。同时根据所割玻璃需要走的轨迹，还可以选用jog、pt、gear等多种参数界面。
4 结语
本文以提高切割玻璃的激光切割为目的，利用PC作为上位机，固高运动控制板作为下位机，实现了对玻璃切割机工况的实时控制。根据固高运动控制板用户手册接线后，将参数加载到板卡上，经调试和加工玻璃后发现玻璃切割机的生产效率和加工精度都有大幅度的提高。
参考文献
[1]谢淼.基于Galil卡的玻璃切割控制系统设计[D].上海交通大学，2009.
[2]王旭强，闫献国，王延辰等.固高运动控制卡在指形铣刀五轴数控磨床中的应用研究[J].工具技术，2012，46（9）：66-68.DOI：10.3969/j.issn.1000-7008.2012.09.017.
[3]固高科技（深圳）有限公司.GTS_800_PV（G）_PCI系列运动控制器用户手册[M]，2011：6-7.
[4]张宏，李富平.基于Pc+运动控制卡的开放式数控系统的研究[J].机械设计与制造，2008（6）：17l-172.
收稿日期：2015-09-29
基金项目：中央高校基本科研业务费项目资助（1000219175）。
作者简介：王昆（1981一），男，江西景德镇人，博士，副教授，同济大学机械与能源工程学院，研究方向：机电一体化。
