自動焊接機控制系統軟件設計

樂偉偉

自動焊接機控制系統采用了“IPC+多軸運動控制器”的控制結構，整個數控系統的軟件主要包括基于6K4控制器的實時控制軟件和基于me的系統軟件：實時控制軟件是在6K4控制器基本指令的基礎上實現多軸的運動插補控制、后臺PLC掃描、機床側強實時信號的處理等數控功能；而采用基于COM的技術開發系統軟件，完成人機界面設計、主要參數設置、各軸伺服運動狀態顯示等非實時性的工作，提高了軟件程序的可重構能力和可重用性。

1系統總體軟件結構設計

整個控制系統軟件的設計主要有三大部分組成，即上位機IPC應用程序設計、系統通訊設計、下位機運動控制程序設計。其總體軟件結構如圖1所示。

2上位機系統軟件設計

2.1 IPC軟件系統功能分析

軟件系統的基本功能可分為兩部分：管理軟件和系統控制軟件。其中管理軟件的功能主要包括參數設置、系統初始化、各軸狀態顯示、程序調試、故障診斷等模塊，控制軟件的功能主要由粗插補運算、自動模式運行、程序預處理等模塊。系統軟件功能模塊組成如圖2所示。

2.2上位機應用程序界面設計

上位機應用程序的主要作用就是將數控系統的操作界面展示在屏幕上方便用戶的操作，這是數控系統開發很重要的一部分。經過對自動焊接機硬件系統及用戶需求的分析，并結合對IPC軟件系統的功能概況分析，最終利用Visual Basic6.0可視化開發工具開發了直觀簡潔、易操作的自動焊接機人機交互界面。

在數控系統工作時，用戶只需輸入簡單的幾個參數，就可以自動完成散熱器T型管相貫線的焊接。這大大減輕了操作人員的勞動強度，提高了工作效率。另外，為方便觀察和操作，在人機界面設計時盡量將焊接過程中需要關心的相關參數直觀清晰的在一個界面上表達出來。

系統上位機應用程序應主要包括系統初始化、參數設置與顯示、點位數據庫生成及下載、原點設置和系統狀態顯示等模塊。

系統初始化：該模塊主要用于為用戶提供一個交互性好的人機界面，在這個界面中，用戶可以方便進行各種操作。數控系統運行時，首先運行此模塊，完成用戶登錄、建立上位機與6K4運動控制器及嵌入式控制系統的通訊，對有關狀態指示器設置相應的初始狀態等工作。

參數設置與顯示：針對散熱器T型管相貫線數學模型生成及焊接點位數據庫生成所需的各種參數，設置了以下幾個人機交互接口：橫管直徑、立管直徑、焊接運動線速度、插補周期、兩把焊槍的最大擺角及其擺動速度、X軸偏移、起弧收弧時間等。用戶可以通過數字軟鍵盤方便的設置各種參數。

點位數據庫生成及下載：在菜單欄中的工具選項下可以打開這個子菜單。點擊生成按鈕，應用程序采用直線插補方法對焊接曲線進行直線段擬合，完成上位機的對曲線的粗插補，并生成相應的各軸焊接點位數據庫，在屏幕上顯示出來。還可將其下載到6K4運動控制器中。當焊接散熱器時運動控制器獨立運行，保證了對焊接過程中各種參數的實時控制。當下載完成時，系統會提示用戶下載成功，可以返回主界面，完成下一步工作。

原點設置模塊：通過機床面板上的手動控制按鈕，分別對Y軸、Z軸、R軸坐標位置進行手動設置，使兩把焊槍均到達焊接起弧位置。然后可通過機床面板上的確定按鈕保存當前設定的焊槍在焊接起弧位置時各軸的相對坐標原點，以方便工件的連續自動焊接。也可對當前保存的相對原點坐標值進行微調。硬件原點按鈕是指使焊槍回到由各軸正負限位開關及原位開關（由接近開關組成）決定的硬件安裝原點位置。

系統狀態顯示：通過工業以太網接口，上位機系統可以通過API函數訪問6K4

運動控制器，讀取各軸的當前坐標位置和運動速度，并在界面上進行實時顯示。同時系統還可對當前IPC系統和6K4控制器之間的連接狀態進行監控顯示。

3下位機焊接運動程序設計

T型管相貫線的粗插補由上位機完成，而精插補及各軸伺服系統的插補聯動控制則由6K4運動控制器來完成。6K4運動控制器是建立在Compumotor的6000編程語言的可靠平臺之上，帶有強大的特色，例如：電子凸輪，多任務處理，PLC掃描模式，可編程限位開關（PLS）功能，仿形和教學模式等，而且6000語言具有與Basic相似的結構，簡單易用。在本系統的設計中主要用到了6000語言的多任務處理功能、后臺PLC掃描功能、位置跟隨功能、注冊運動功能、三軸直線插補運動功能、PLS功能等。用語言開發的焊接運動程序的主要功能是調用焊接點位數據庫中的數據，并通過各軸的伺服插補功能完成對相貫線焊縫的精插補，實現對T型管相貫線的精確擬合。同時控制兩把焊槍在運動過程中執行位置跟隨運動，實時調整焊槍相對YOZ平面的夾角以滿足焊接工藝的需要。

參考文獻：

[1]葛玉華，霍立興，張玉鳳.焊接專家系統的應用與發展[J].焊接技術，2008，29（2）：41-42.

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