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- 摘要：以荫罩刻蚀线的刻蚀腔体内的摇摆电机控制对象为对象，采用了B&R 的PCC 和ACOPOS 伺服控制器，对同步电机进行运动控制 ，使摇摆腔体内电机能快速、稳定地跟随设定曲线 ，并按照设定曲线运动。PCC 中PVI 使PCC 方便地与上位机进行通信；PowerLink 使伺服间的通信实时快速；PCC 的高级编程语言C 使PCC 完成传统PLC 不能完成的高级应用，如曲线的生成；而虚轴概念的引入更是提高了电机运行的可靠性。
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 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 ，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
