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    1.背景

　　焊接是現代制造領域的重要工藝方法之一[1]。在現代社會高速發展的今天，傳統的手工焊接方法已不能滿足現代高技術產品制造的質量、數量的要求。因此，保證焊接產品質量的穩定性、提高生產效率和改善勞動條件已成為現代焊接制造工藝發展亟待解決的問題。隨著電子技術、計算機技術、數控及機器人技術的發展為焊接自動化提供了十分有利的技術基礎，并已滲透到焊接各領域中。在此基礎上，以焊接機器人為核心的焊接自動化技術有了長足的發展。

    2.特種罐體焊接機控制系統介紹

　　焊接現場由于強烈弧光輻射、高溫、電磁干擾等現象及其嚴重，本智能焊接機采用基于工業控制計算機（工控機）的開放式控制系統體系結構，如圖 1所示,主要由傳感器系統、控制單元、執行機構、干擾信號補償裝置、焊槍和懸浮高度及水平方向設置等6部分組成。在焊接過程中，首先根據制造工藝要求設置好懸浮高度和水平方向初始值，系統上電復位后，總控制器發出啟動命令，執行電機開始運動，并驅動工作云臺行走（焊槍和集成化傳感器都安裝在云臺上）。本系統的工作原理是：根據傳感器系統中輸出電壓值的變化量信息，經中央處理器處理后發出控制指令給執行機構，從而適時調整焊槍和焊縫的水平、垂直方向的相對位置，實現整個焊接過程的自動跟蹤[2]。

圖1系統電氣原理方塊圖

    3.智能傳感器及執行機構

　　本智能控制系統中，傳感器系統采用的是基于C8051F020微處理器的三維智能傳感器（專利號：ZL 200520036413.1），該傳感器針對三維焊縫的不同特征和智能傳感器的空間結構，分別采用GMR高度傳感器聯合檢測算法和焊縫檢測傳感器判別算法來實現對空間焊縫的實時跟蹤檢測。該傳感器通過RS-232串口與上位PC機進行通訊，將焊槍與焊縫的空間位置關系數據實時地傳送給上位機。

　　針對三維焊縫的空間位置特征，本系統中的焊接裝置采用龍門式機械結構。該裝置有三個自由度：X、Y、Z。X軸（縱向）和Y軸（橫向） 的運動是由直流步進電機、齒輪齒條傳動、直線導軌等組成的驅動裝置來實現, Z 軸（垂直方向）的運動是由直流步進電機、滾珠絲桿、直線導軌等組成的傳動裝置來實現,X軸、Y 軸和Z軸構成笛卡爾直角坐標系,保證焊槍可準確地運動到三維空間的任意位置。

　　本系統的執行機構由運動控制卡和相應驅動單元組成。當工控機發出運動命令后， 由運動控制發出電信號給電機驅動器或接口控制電路。其中運動控制卡選用一款基于PCI總線的.4軸運動控制卡，支持脈沖型電機驅動器：產生脈沖序列控制伺服電機驅動器和步進電機驅動器。該運動控制卡 有四組運動控制模塊，每組有獨立的脈沖發生器、編碼器計數器、隔離數字量輸入輸出, 每組均可獨立地用于某個軸的運動控制，互不影響 。提供DOS、WINDOWS95/98/NT/2000/XP開發庫，可用VC++、VB或BC++開發自己的應用程序。其支持單軸點到點運動、任意2—3軸直線插補運動、任意兩軸圓形插補運動。

    4.系統控制單元

　　作為工業應用越來越廣泛的工業PC機,除了具有一般通用計算機的特點外,還由于在可靠性、抗干擾能力及結構設計等方面采取了相應措施,因而可以長期穩定可靠地運行于各種惡劣環境,具有模塊化、開放化、高可靠性等特點[3]。

　　相對于商用PC,工業PC在結構上做了很大改進，以下是工業PC的結構示意圖：

圖2 工業PC機結構示意圖

　　通常工業PC的主板做成插卡的形式，插在無源底板（passive backplane）上。無源底板上只有ISA, PCI總線接插件以及電容電阻等無源器件，因此無源底板損壞的概率非常低，通常無更換之憂。如果主板損壞，只需要將主板拔出即.可，此外系統的主板和外圍卡有專門的固定壓條，防止板卡跳出。同時硬盤驅動器具有硬盤避振架和減震橡膠墊，能減輕振動對硬盤的損壞。為了使工業PC能 可靠工作在高粉塵環境下，在工業PC的前面入風口，具有可更換的防塵網和風扇，如下圖所示：

圖3 工業PC機防塵網和冷風扇

　　由于焊接機的工作環境較差，各種干擾極其嚴重，連續工作時間長，要求整個焊接控制系統具有較高的可靠性，因此選用了研祥智能獨創專利EPI總線技術（專利號：200820093243.4）的全長卡EPI-1711VNA，作為工業PC機的核心主板，同時配套研祥EPI-6113LP4底板一起構成整個系統的控制平臺。該總線標準采用針孔式板卡結構和歐式插座代替金手指的連接方式, 極大地克服了工業傳統金手指全長卡抗氧化、抗震功能不好的缺點,增強了連接方式的可靠性。如圖4和圖5所示，研祥新一代工業計算機EPI總線采用歐式針孔連接器，插槽與針腳相互配合電連接。同時在底板上設置有多組針孔式插槽，可以插入多個功能板，從而擴展整個工控平臺的功能。這些插槽包括96針的PCI槽、120針的ISA槽、以及同時具有96針的PCI槽和120針的ISA槽的全長槽。功能主板的信號針腳也與底板的PCI、ISA擴展一一對應。

圖4 研祥EPI總線全長卡結構圖

圖5 研祥EPI總線全長卡與底板關系結構圖

　　該系列產品配置齊全，內部配置兩個RS-232串口，一個10M/100Mbps以太網控制器，四個SATA硬盤接口，一個顯示器接口，鍵盤接日以及鼠標接口。不但如此，該控制計算機具有強抗干擾能力，外部用19"加固型4U標準上架工業機箱IPC-8422，冷風扇，防塵、，非常適合焊接機的工作環境。外部配接了顯示器和一個標準鍵盤，構成了整個焊接控制系統的輸人、輸出監視裝置。

　　在電磁兼容性和擴展性方面，該型號工業PC針對電源方面的干擾、傳輸信道的干擾、空間干擾、地電流的干擾等方面均采取了相應的抑制措施，并在國家電磁測試中心達到FCC A級標準。EPI-1711VNA工業全長卡帶有一個以太網控制器，為該焊接控制系統實現遠程Internet在線診斷提供了硬件支持。同時研祥底板EPI-6113LP4具有4個PCI槽和7個ISA槽，除其中一個PCI槽用于連接運動控制卡外，其它完全可以滿足以后系統功能的擴展要求。

    5.結束語

　　本文介紹了以研祥獨創EPI總線工業全長卡EPI-1711VNA為控制核心的焊接控制系統平臺，該多維智能控制系統已在焊接生產現場應用，得到企業認同，整個控制系統具有工作穩定可靠、控制精度高、人機界面友好等特點，通過軟件、硬件的重新配置，可以迅速實現其他焊接方法的控制過程。該控制系統的開放性保證了系統的進一步改進和升級的能力。

    參考文獻：

　　[1] 林尚揚，關橋.《我國制造業焊接生產現狀與發展戰略研究》.2003 年12

　　[2] 徐明，朱名日，陳叢生.基于GMR的二維焊縫檢測傳感器的設計與實現，儀表技術與傳感器.2006（12）：6-8.

　　[3]付曉軍. 研祥工業PC在中石化加油IC卡工程中的應用，工業控制計算機2004年17卷第9期：70-71

    此文摘自中國傳動網。