北美一家从事印刷电路板丝网印刷机设计制造的公司采用 Elmo Motion Control 的 Harmonica系列数字伺服驱动器,利用 CANopen 伺服运动控制架构的优势,设计开发出新机器。

背景

电子装配 (EA) 设备市场差异巨大,并且对价格极为敏感。该公司的任务是开发一款高性能且极为灵活的机器,帮助客户提高在小批次到大规模生产中的竞争力。

EA市场的自动化由来已久,并且一直在不断发展。随着终端市场的材料和组件变化,伺服运动系统日益复杂,以应对高性能的要求。从电路板印刷到装配到自动检验,生产过程的所有阶段都需要精确控制。印刷电路板几乎用于现代社会的每个电子设备,从手机和个人电脑到工业医疗机器,为这些市场供货的公司就是此类机器的客户。

设计方法

公司希望开发一种机器,能够为数百个I/O 网络,10+ 伺服运动轴,这些设备与主机之间的确定性通信,以及图形用户界面 (GUI)。成本、可靠性和性能都是决定通信架构的因素,选择非专利的确定性开放通信总线 CANopen。

CANopen 是常用通信和伺服运动通信总线,最初由 Bosch公司开发用于汽车行业,上世纪 90 年代中期进入工业自动化领域(主要在欧洲)。现在 CANopen 是非常成功的伺服运动控制架构,在全球各个行业具有无数应用。

该机器是一个 PCB 丝网印刷机,将焊料涂抹在基板的电路上。机器架构中有两个运动子系统,一个将焊料涂抹在基板,另一个用于视觉质量检查。这些系统在机器内独立工作,提供综合解决方案。

挑战

在有限空间内分布电机控制以满足以下要求:

  • 驱动旋转电机和直线电机
  • 严格的空间限制
  • 通过 CANopen 连接
  • 通过 CANopen 连接
  • 节约成本

Elmo 的解决方案

基于 PC 的机器控制平台以之前的设计为基础。虽然没有实时操作系统,但配合 Elmo 的智能 Harmonica伺服驱动器可以满足所有要求。在此应用中,运动轨迹从主机发送到驱动器。驱动器解析轨迹,然后驱动对应的伺服电机。起动器还运行监控程序,可以执行闪存中存储的编程脚本。
以前,利用中央控制器和 PC 前端连接 I/O、气动和运动系统。这样将机器控制系统的负担放在一个处理系统上,所有设备在其中接收命令并回报状态(反馈位置、传感器状态等)。
CANopen的控制架构使用基于 Windows的 PC在机器内分布智能。伺服驱动器非常靠近移动轴,无需中央控制柜。由于采用智能节点,极大简化接线,直流功率送至伺服驱动器,反馈接线从电机连接到驱动器。无需接回中央控制的所有接线,替换为简单的双线 CAN 线缆,在不同智能节点之间串口链接至 PC 上的 CAN 主站。
两个子系统单独运行(自动焊料涂装和自动视觉检测),但能够交互协调运动,使整个机器吞吐能力提高 20%,配合更快速的更换过程,当面临更小规模的生产批次时,大大提高机器利用率。