淺析新型大功率LED 球面成型模壓機控制系統設計

康茂

（佛山市多譜光電科技有限公司，廣東 佛山 528200）

大功率LED 作為照明光源具有體積小、耗電小、發熱小、壽命長、響應速度快、安全低電壓、節能、環保等優點，具有廣泛的應用前景。為了滿足國內封裝企業對性價高封裝工藝和球面成型機迫切需求，研制出新型大功率LED 球面成型模壓機，該模壓機采用分離膜脫模的方式進行封裝，對模壓位置、封裝壓力、真空和溫度等要求比較高，本文研究模壓機的特點和主要構成，設計出控制系統方案。其中，基于MECHATROLINK 總線控制的伺服系統驅動和壓力閉環控制是本文設計的重點。

1 模壓機的技術特點

新型大功率LED 封裝球面成型模壓機采用數字伺服電機驅動的模壓壓機四軸平衡移動、高精密球面成型模具、無頂出機構的脫模與光學透鏡成型技術，主控系統采用總線控制實現在機械動作中變的更切換速度、轉矩、位置控制，可自由控制和實現復雜機械的動作，采用真空合模技術，合模后抽真空、模具加熱，封裝膠在高溫、真空條件下自然脫泡，采用分離膜進行脫模，無須頂出機構、無須對模具進行清模，器件光學光學鏡面潔凈度高，無清模膠溢出異味，提高了產品生產效率及優良率。

2 模壓機的主要組成

模壓機的主要組成：壓機主體單元、分離膜收放單元、真空單元、溫控單元、主控單元。主要介紹壓機單元、溫控單元和主控器關鍵部分。

2.1 壓機主體單元

壓機主體采用伺服電機帶動同步輪方式實現模架上下運動。伺服單元采用安川的Σ-V 系列SGDV，MECHATROLINKII 總線通信型，通過通訊可進行位置控制、速度控制和扭矩控制。

2.2 溫控系統單元

溫控系統采用宇電AI-7048 型溫度控制器，該控制器輸入數字校正，各輸入回路均具備數字濾波，且濾波強度可獨立調整；4 路獨立的加熱PID 控制，SSR 電壓輸出，先進的AI 人工智能調節、自整定、自適應，控制精確更穩定，具有高速采樣周期、遠程控制等特點。觸摸屏直接控制溫控儀表，方便數據采集和控制。

2.3 主控制單元

為了以后方便擴展，實現聯機運行，系統全部采用總線式控制。主控采用安川的MP2300 多功能集成型運動控制器，MP2300 除了具有強大的軸控能力外，還具有強大的PLC 功能，眾多的輸入輸出模塊可供選擇，其自帶的PLC 功能可以方便地對系統進行有效的控制。

MP2300 控制器具有如下特點：

（1）MECHATROLINK-II 總線控制。MECHATROLINK 是一個用在工業自動化的開放式通訊協定，最早由日本安川電機開發。MECHATROLINK-II 總線最快速度可達10Mbps，最多允許30 個從站。MP2300 基本模塊可以通過MECHATROLINK-II總線控制16 個伺服軸，通過同一根總線網絡能夠實現各種控制信息（位置、速度、力矩、IO 等）實時通信，最短通訊周期可達0.5ms，保證與各子站之間的數據實時交流，快速響應。

（2）順序&運動控制的完全同步處理。由于新高速化，不僅提高了CPU 的處理速度，還實現了順序&運動控制的完全同步處理。

（3）運動網絡。通過伺服驅動器連接用高速化運動網絡，可實現在機械動作中在線變更增益；切換速度、轉矩、位置控制，可自由控制和實現復雜機械的動作。

（4）簡單設置。由于可以自動識別連接在MP2300 上的選購模塊、伺服驅動器，因此，以往那些必須的定義輸入現在都不需要了。

3 模壓機控制系統設計

3.1 MECHATROLINK 總線設計方案

模壓機采用運動控制器MP2300 作為控制器，并結合人機界面設計。伺服系統和IO 控制采用MECHATROLINK-II 總線控制方式，溫控采用RS485 總線控制。控制系統如圖1 所示。

3.2 壓力閉環控制設計

該模壓機關鍵核心是壓力控制，在固化過程中，要保持恒壓。合模時，壓力采用PID 閉環控制，系統根據設定壓力，檢測和控制伺服轉矩，使壓力保持恒定（圖2）。

3.3 程序設計

本機的驅動模式采用伺服電機的位置控制與壓力控制相結合的方式，保證機臺快速響應，伺服系統采用總線控制，在運行中可切換速度、轉矩、位置控制，使控制精度更高、更穩定。MP2300 讀取壓力值，與設定值比較，再執行PID 控制。在此過程中，先進行延時、轉矩限幅、尺度轉換、PID 參數等操作，控制流程如圖3。

圖1 控制系統圖

圖2

圖3

表1 溫度測試結果

表2 壓力測試結果

3.4 結果分析（表1、2）

實際封裝設置與檢測：

溫度設置值與測量值的偏差控制在±0.1℃，滿足性能要求。

壓力設置值與測量值的偏差控制在±0.1kN，滿足性能要求。

封裝出來的產品無氣泡，球面光滑，無溢膠，效果好。

圖4

本文設計了大功率封裝模壓機的控制系統，采用MP2300總線方式設計，接線簡單，開發周期短，設備運行可靠穩定，控制精度高。壓力PID 控制響應快速穩定。總線控制方式也適合多臺設備，一個MP2300 主控制器，可以控制多臺封裝壓機，從壓機的IO 和伺服驅動模塊等都采用總線形式，接線簡單，集中控制，提高系統的穩定性。另外，MECHATROLINK Ⅲ速度更高，可實現了100Mbps 的高速通信。同時，它還能滿足運動控制中高速周期通信以及大數據量消息通信的需求，并能精確同步地和62 個從站進行信息交互。MECHATROLINK 總線控制方式廣泛應用于LED 封裝壓機、食品包裝、鑄膜機等多個行業。