基于ZMP—SynqNet的SAW滤波器生产线控制研究

摘要：为实现声表面（SAW）滤波器的自动化生产，并解决工业机器人自动控制的可靠性、辅助工装设备的稳定性、生产线报警等问题，设计了基于SynqNet现场总线的生产线控制系统。不仅从控制模块、执行机构、电气控制系统等方面进行了硬件设计，而且提出了控制方案的软件实现方法。

关键词：SynqNet现场总线 工业机器人 生产线 自动化

中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）09-0012-02

电子产品的生产数字化是国内外电子生产企业的发展趋势，自动化生产线的工艺水平直接决定了电子产品的生产周期、质量、可靠性、成本及企业的经济效益。目前大多数电子生产企业在自动化生产领域起步晚，还没有自行研制成熟的自动化生产线，主要依靠手工操作和管理。为了解决这一系列问题，本文对某电子科技企业的SAW滤波器的生产工序，提出了集电气控制、现场总线、传感技术和气动控制等多种技术于一体的生产线部分工序自动化控制系统。该控制系统可靠性高、效率良好、灵活性强、易于维护检修。

1 SAW滤波器生产线

SAW滤波器的生产加工需要经过前道车间、后道车间和成测车间各生产工序才能完成，其生产线布局如图1所示。全线有22道工序、14个工位、2个仓库、2个中转站组成。

前道车间F1～F4工位分别进行清洗、蒸铝、光刻修频和半成品精检等工序。后道车间B1～B5工位主要完成划片、揿片、去胶、镜检、胶片、盖帽、中测、封帽和检漏等工序。成测车间C1～C5工位主要完成老化、成测、打印、测电阻、复测、抽测、包装和检验等工序。

2 自动化生产线控制系统

现场总线的应用引起了自动化领域的深刻变革，它的关键是把网络化、信息化的概念彻底引入到控制领域[1-2]。为优化滤波器生产线，提高生产效率，实现高可靠性、灵活性的实时控制，综合考虑生产线控制要求和机器人自动控制要求，通过比较CAN、Profibus、 FF等国际流行的总线，提出了以SynqNet总线为基础的SAW滤波器生产线控制方案。由于各工序生产线之间的控制系统存在类似性，以后道车间中测工序为例，具体分析SAW滤波器生产线的控制系统。

中测工序主要是对滤波器的频率、幅度和插损进行测试，判断其是否符合工艺要求。其基本工作流程为，传送机构上的器件由工业机器人挑出放入中测机，然后进行相应测试。中测工序自动化生产的控制方案为：中测工序控制软件提供全部子控制系统的操作界面；终端执行器和中转平台的子控制系统软件自行设计开发；工业机器人由配套的机器人控制器进行控制。其具体作业流程如图2所示，首先按照要求对中测工序进行编程，生成加工程序；然后，通过离线编程和仿真对生产加工程序进行后置处理，进行工业机器人作业仿真并生成机器人作业程序；最后，将生产加工程序导入对应控制器进行中测工序的作业。

3 控制系统的设计与实现

3.1 硬件结构设计

上节给出了中测工序控制系统的结构图，根据中测工序的工艺要求，对各个组成部分进行具体选型。

3.1.1 总线及拓扑结构

SynqNet总线技术是Motion Engineering Inc.（MEI公司）开发的一种高性能运动控制的同步网络技术，它在控制卡与驱动器之间构建了一种全数字化的通讯界面。[3]SynqNet物理层基于100Base -TX的IEEE802.3标准，其传输方式为全双工，可同步驱动32根轴，满足远程故障诊断、固件下载、简化布线及可靠性等要求，并且其运动编程接口可兼容各种操作系统，非常适合运动的同步控制。[3-4]其拓扑结构如图3所示。

3.1.2 ZMP运动控制卡

系统运动控制器为ZMP运动控制卡，它是基于PCI总线，利用DSP以及FPGA实现对电机运动控制的高性能控制单元，可在0.5ms内完成对32根轴的伺服算法和总线传输[4]；可实现对电机发出运动指令并读取反馈状态，控制电机加速度、转速和位置，是运动控制系统的核心。

3.1.3 I/O模块

针对现场总线和运动控制卡的选型，采用Danaher公司生产的Slice I/O模块。该模块在SynqNet网络中为一节点，具有数字量和模拟量的输出输入功能；并能实现辅助工装气动装置、系统报警、系统上/下电等的逻辑控制。

3.1.4 工业机器人

工业机器人作为可编程装置，可以根据实际生产的工艺要求来按需作业，具有很强的适应性、通用性和灵活性。它在自动化生产线中的应用，可以大幅度提高生产效率，节约人力成本。目前比较成熟的机器人公司有ABB、REIS、KUKA、FANUC等。该生产线选用通用关节型机器人，终端执行器根据作业需求可自行设计。

3.2 控制软件实现方法

SAW滤波器生产线控制系统是基于控制卡嵌入PC的开放式系统。要求该系统能够进行伺服单元的半闭环、闭环等多种运动控制；实现辅助工装、气动装置、报警、急停等的逻辑控制；实时读取并显示相关生产线状态（位置、作业进程等）。该系统的控制软件以面向用户需求的思想设计，必须提供操作者一个人性化的人机接口界面。

3.2.1 软件开发平台和工具

MEI公司提供的编程接口MPI（Motion Programming Interface）采用Windows为平台，提供了一系列面向对象的C语言函数与数据类型，并以动态链接库的方式提供给开发者调用，适用于各种运动控制应用程序的开发。[5]

机器人控制器程序采用机器人专用编程语言编写，上位机程序采用visual C++编写。上位机与机器人控制器以socket字符串形式进行通信，机器人控制器解析上位机指令驱动多轴运动实现自动化生产。

3.2.2 控制软件工作原理

基于PC、控制卡和SynqNet现场总线的生产线控制软件，用控制卡完成现场的控制与驱动任务，由上位机控制软件负责生成生产加工程序、人机交互、系统管理等功能。整个控制软件的工作原理如图4所示。

4 结语

本研究针对SAW滤波器生产线，设计了包含运动控制、逻辑控制和工业机器人控制的控制体系，着重论述了控制系统的硬件组成和软件实现方法。本系统适用于中小型电子企业生产线的半自动化改造，能够简化管理，实现集中控制；提高生产效率；提高加工质量，减少生产成本。

参考文献

[1]贺毅等.现场总线技术应用及其发展趋势探讨[J].信息化技术与控制，2005，15（1）：21-23.

[2]Marcelo Luis Dultra. Fieldbus Control System[J].Advance in Instrumentation and Control，Vol.51，1996.

[3]http：//.cn

[4]Danaher Motion.ZMP SynqNet Hardware Quick Start Guide.

[5]Chen X R，Cai P，Shi W K，etal. Dynamic measuring the position of amoving object based on laser tracking system[J].仪器仪表学报，2004，25（6）：777-780，819.