ハイエンド PCB 穴あけおよびフライス盤制御システム

1、ハイエンドPCB穴あけおよびフライス盤制御システムアーキテクチャ

1.1 システム構成の説明

PCB 制御システムPCB 制御モジュールは、上部コンピュータ + 下部コンピュータ + ネットワーク I/O インターフェイス モジュールの構造を採用しています。 下位コンピュータとのデータ通信はギガビットイーサネットを介して実現されるため、上位コンピュータには特別な要件はありません。 産業用パソコンから一般パソコン、さらにはノートパソコンまで、使用条件に合わせてお選びいただけます。 下部コンピュータは、リアルタイムのモーション制御、I/O 管理、および障害監視を実現します。 特別なモーション コントローラーは、シャフト インターフェイスを介してドライバーを接続し、アナログ信号を出力し、エンコーダー/グレーティング ルーラー フィードバック信号を収集し、クローズド ループ サーボ制御、リミット管理、原点、ドライブ アラーム、リセット、ブレーキ アラームおよびその他の信号を実現します。 この部分は、最終速度の精度やその他の重要な指標に関連しています。 中国の Gugao Company の独立したコントローラまたは米国の有名な DELTA TAU の PMAC モーション コントロール カードを選択できます。 フィールドネットワーク I/O 拡張モジュールは、工具折損検出、工具検出、および補助入出力機能を実現します。

1.2 ソフトウェア機能モジュール

NCプログラムもそれに合わせて上下に分かれています。 上位プログラムは、パラメータの設定、ファイルの入力と変換、グラフィックスと画像の処理、オンサイト モニタリングなどのヒューマン コンピュータ インタラクション機能を実現します。 加工ファイルの解釈と加工命令、ツール命令データの作成が完了すると、メイン処理スレッドが開かれ、下位プログラムにデータが送られます。 下部モーション コントロールのメイン プログラムは、高いリアルタイム性を必要とするシャフト制御と I/O 管理の機能を完了します。 検出スレッドは、CPU のアイドル期間に実行され、システムの状態を監視および診断し、システムの状態をすぐに操作インターフェイスに表示します。

以上の 2 部の内容は、システムを構築するための従来のソフトウェアとハードウェアの技術的なルートを主に説明したものであり、十分とは言えません。 高度な制御システムを真に構築および開発し、それが海外のトップレベルのコントローラーと競合できることを期待するには、制御およびクライアントのヒューマンコンピューターインターフェイスに多大な努力を払う必要があります。

2、 制御のキーテクノロジー

現在の国内システムの最終的な全体的な効果は、輸入システムのそれよりも劣っていますが、これは主に次の要因によるものです。 これらの欠点を克服するには、強力なモーション コントロール カードを選択する必要があります。 DELTA TAU の PMAC カードは間違いなく最良の選択肢の 1 つです。 それが提供する主要な機能は、ハイエンドの PCB システムを構築するニーズを満たしています。

2.1 制御モードの選択

従来の国内機器メーカーはすべて、ローエンド機器に位置制御モードを採用しています。 これは、PCB ボード カード チャネルを使用してパルスを送信することにより、位置モードで動作するステッピング モーターまたはサーボ モーターを正確に制御する方法です。 その応答速度とクローズド ループ特性は非常に悪く、実際のクローズド ループではないため、機械システムのポテンシャルを引き出すことができません。 その後、速度制御モードが徐々に普及するにつれて、モーター制御の動的特性が大幅に改善され、実際の閉ループ制御も実現されました。 工作機械の速度と精度は、より高いレベルに達しています。 これらの 2 つのモーター制御モードは、現在国内の機器メーカーの主流の選択肢です。

モーターのトルクとダイレクトPWM制御は、欧米のメーカーで広く採用されており、中国での適用は基本的に白紙です。 これらの 2 つの制御方法は、位置モードの低応答特性を完全に排除し、PID パラメーターをデバッグするときに速度モードの長いステップによって引き起こされる不確実性を克服します。 トルクおよび直接 PWM 制御モードは、制御モデルがより単純で直接的であるため、速度ループと電流ループが制御カード側に転送され、応答性が向上すると同時に、応答速度が向上します。 フィードバックリンクもある程度改善されますので、両者の相乗効果でより高いパフォーマンスを生み出します。 残念ながら、これまでのところ、国内のモーションコントローラーは上記の2つの高度な制御モードをサポートできず、国内システムの開発がある程度制限されています。

2.2 システム識別技術

現在、国内の PCB メーカーは、サーボ システムと機械システムの接続に関する十分な知識を持っていないため、機械システムを構築するために優れたコンポーネントを選択したとしても、理想的な制御効果を得ることができません。 つまり、システム同定の理解が非常に曖昧であるため、コントローラと制御対象の間の関係を最も効果的に調整することはできません。 ハイエンドなコントローラを開発したいのであれば、サーボ系の追従速度を可能な限り向上させる必要があります。 帯域幅が広いほど、速度が向上します。 サーボシステムの帯域幅は、主に制御対象とアクチュエータの慣性によって制限されます。 慣性が大きいほど、帯域幅は狭くなります。 高度なコントローラーには、システムの帯域幅を自動的に診断する機能があり、工作機械の固有周波数 (共振点) を回避するために、ローパス フィルターまたはノッチ フィルターを選択的にサポートできます。 ある程度、工作機械の可能性を最大限に探り、高速移動によって励起される機械の振動によって引き起こされる工作機械への損傷を回避できます。

2.3 干渉の抑制と防止

工作機械の最終的な加工精度に対する電磁干渉の影響も致命的です。 回路レイアウト、シールド、接地などで干渉を抑制するための積極的な対策を講じることに加えて、干渉後の効果的な防止も非常に重要です。 ただし、現在ほとんどのコントローラにはこの機能がありません。 PMAC などのハイエンド モーション コントローラーは、エンコーダーまたはグレーティング ルーラーによってフィードバックされる A 相と B 相の立ち上がりエッジ間の位相差が正常かどうかをハードウェアで監視することにより、コントローラー比較リンクに入る信号が完全かどうかを判断できます。 異常が発見された場合は、すぐにアラームが発せられ、干渉をすぐに排除して工作機械の逸脱を回避するようオペレータに促します。

2.4 コントローラの単独操作

これまで、ほとんどのモーション コントロール カードは、ホスト コンピュータの ISA または PCI スロットに挿入されていました。 単一の固定されたゴールデン フィンガーのインターフェイス形式は、過酷な作業環境での長時間の作業には適しておらず、特にマシンが激しく振動した場合、通信の中断が発生し、システムの安定性に影響を与える可能性がありました。 そのため、コントローラの独立した操作が必要でした。 この問題を効果的に解決するために、ネットワーク通信の方法が使用されます。 同時に、制御システムとPCの間の共通接地の問題が回避されるため、干渉信号がコンピュータに到達してメイン制御プログラムの通常の動作に影響を与えることはなく、安定性が向上します。

また、コントローラの独立操作により、工作機械のネットワーク制御も実現でき、化学プラントの無人化はもはやリモートではありません。 ネットワークが接続され、マスター コントロールが取得されると、ネットワーク セグメント内の任意のコンピュータがマシンを制御および監視できます。 同様に、コンピューターは複数の工作機械を非常に柔軟に制御することもできます。

3、クライアントグラフィカルコントロールインターフェースの最適化

現在、一部の PCB メーカーの役員は、機能が実現できる限り、他の要件を無視できるという誤解を持っています。 このような考えが、中国がこれまで高度な制御システムを開発できていないという状況に直結しています。 この全体的な後進性は、PCB 穴あけおよびフライス加工の分野だけでなく、金属加工工作機械の分野、さらには産業用制御分野全体にまで及びます。 この状況を改善するためには、以下の点が重要であると著者は考えています。

3.1 ソフトウェア工学のアイデアの適用

現在、PCB 業界の制御製品は、ソフトウェア エンジニアリングのアイデアの実装と適用が制限されており、管理、金融、ゲーム、通信業界に大きく遅れをとっています。 一方では、その理由は、産業用制御分野のほとんどのプログラマーが機械または工作の学生であり、プログラミング言語とコンピューター技術の理解が比較的粗く、彼らが作成するソフトウェアのほとんどが比較的初級レベルにとどまっているためです。 一方、高度なプログラミング技術を習得した技術者は、ハードウェアや制御の概念が曖昧であることが多く、技術プロセスやヒューマン コンピュータ インタラクション インターフェイスを完璧なプログラミング言語で実現することはできません。 この矛盾に対する根本的な解決策は、産業発展の過程でソフトウェア工学のアイデアを実装し、合理的なチームを形成するために参照用に他の分野の大規模および中規模のソフトウェア システムを開発するモデルを使用することです。 計画者は業界の専門家であり、実装者はコンピューター プログラミングの専門家です。 このようにしてのみ、高品質の製品を作成し、外国のシステムと競合し、ソフトウェアの優れたスケーラビリティと保守性を確保できます。

3.2 データベース技術の応用

現在、国内のNCシステムソフトは、データや機械構成、多くの稼働状況情報を保存する際、テキストファイルやINFファイル形式を採用しているものが多く、データ量が多いと効率的に内容を取り出して管理することができません。 より複雑なインターフェース構成を実現するために、動的にユーザーを追加し、言語を切り替え、ナイフの破損情報と操作情報を分類して時分割で管理し、単純なテキスト アクセスでは要件を満たせなくなりました。小さなデータベースを使用して整理および管理する方法 データが話題になりました。 著者は ACCESS データベースを採用し、DAO350 のインターフェースを介してデータベースを管理および制御し、大量のデータの動的管理を実現し、バイナリまたは ASCII ファイルによるデータ管理によって引き起こされる不都合を完全に解決します。 したがって、これらの高度なコンピュータ技術を有効に活用できるかどうかも、システムの長所と短所を判断するための基準の 1 つです。

3.3 クロス ハードウェア プラットフォーム アーキテクチャ

現在、中国には多くの工作機械機器メーカーがあり、一般的に四川系と沿岸系に分けられます。 四川システムは早くから始まりましたが、その技術は独自に発展しており、比較的遅れています。 沿岸初シリーズの直接空中着陸と外国技術の模倣は、国際比較と歩調を合わせている。 ただし、どこにいても、機器メーカーは、顧客グループのさまざまなニーズに応じて、PCB 製品市場を細分化し、一部はローエンド市場向け、一部はハイエンド市場向けになります。 機械の速度と精度の要件が異なるため、モーション コントロール コンポーネントの選択も異なります。 さまざまなメーカーのさまざまなニーズを満たすためには、制御システムを主流のハードウェア プラットフォーム間で共通のシステムとして設計する必要があります。

3.4 美しいインターフェースと複雑でインテリジェントな機能の実現

多くの開発者[PCB業界の美しさとレイアウトは十分に注目されていませんが、自社開発のシステムインターフェースとSIEB&MEYERのCNC84システムを大きな業界展示会で比較すると、まったく同じレベルではないことがわかりました. . また、工具の折損情報や稼働情報の記録管理、8ファイル象限と8機械象限の任意の組み合わせ64ケースを総合的に考察、工具径検出や光検出など、外国のシステムは総じて知能が高い。 ポイント補正機能、マニピュレータナイフの多彩な使い方などなど。 さまざまな理由により、国内のシステム開発者はそのような完全な機能を実現できないため、外国のシステムと競合することはできません。 その理由は依然として、計画が不完全であり、大規模なソフトウェアを開発する経験が不足しているためです。 インターフェースの美しさや、さまざまな機能の知性も、開発者の力の重要な表れです。

4、結論

20年近くの継続的な技術革新と市場開拓を通じて、中国は多くのPCB数値制御メーカーを生み出し、中低価格市場の状況を開拓し、一定の市場規模を形成しました。 しかし、技術集約型のミドルおよびハイエンドコントローラー市場では、国内コントローラーの規模が十分なブレークスルーを達成したことはなく、利益の余地が圧迫され、研究開発システムは持続可能な技術進歩をサポートできません。 この状況を打破するため、著者は金属加工分野でファナックやシーメンスなどの国際的な巨人を避け、やや辺鄙な分野である基板の穴あけ・フライス加工を選び、この分野におけるコントローラの技術と市場状況を深く調査した 、およびハイエンドコントローラーを構築するための技術的なルートを提供しました。 その後、コア制御技術と人間とコンピューターのインターフェースから的を絞った技術的ブレークスルーを実現し、それらをソフトウェアとハードウェアのレベルから慎重に展開し、さまざまな技術指標や外観制御でさえ高い基準を持つ一連の CNC システムを効果的に開発しました。 高速、正確、安定性だけでなく、美しく便利なだけでなく、同様の外国のPCB製品にオールラウンドに追いつきます。 同時に、デッドロックを打破するための一連のモデルを見つけて、ピアが参照できるようにしたいと考えています。