第 1 章 緒論

1.1 課題的研究背景與意義
1.1.1 課題的研究背景
電纜是航天電子產(chǎn)品的重要組成部分，是連接系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)之間各種儀器的橋梁，如果把每臺(tái)儀器比作一個(gè)神經(jīng)單元，那么各儀器之間的電纜就如同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣，星羅密布、縱橫交錯(cuò)。物理上，它是由一定類型與規(guī)格的導(dǎo)線和電連接器經(jīng)過相應(yīng)工藝要求加工而成的成套電纜。電纜能否精確無誤地將每個(gè)信號(hào)指令傳遞到各儀器中，關(guān)系著航天任務(wù)的成敗。由于電纜產(chǎn)品高度定制的特點(diǎn)，多年來，電纜制造仍然以手工制作為主，電纜制造的主要流程有樣板制作、下線、導(dǎo)線標(biāo)識(shí)、線束綁扎、外護(hù)套制作。一直以來，電纜毛坯制作一直沿用在樣板上布線的方式，在制作樣板時(shí)，操作者按照電纜網(wǎng)外觀圖紙，在網(wǎng)格桌相應(yīng)位置插入鋼釘作為繞線的節(jié)點(diǎn)，使用電工膠帶粘貼出電纜的分支走向。此種工藝方法操作頻繁，需多人合作完成。并且樣板對(duì)導(dǎo)線的繞制不具有指導(dǎo)性，需要依靠操作者閱讀導(dǎo)線表完成布線。布線是電纜的制作工序中必不可少的環(huán)節(jié)，人工布線工作量比較龐大近年來，自動(dòng)化控制技術(shù)在飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的許多研究人員都在該領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究，取得了驚人的成果。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展與控制理論的不斷進(jìn)步，各種自動(dòng)化控制產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，各種自動(dòng)化控制技術(shù)都能夠滿足客戶的各種高要求。這種發(fā)展趨勢(shì)也為本課題提供了良好的研發(fā)環(huán)境，長(zhǎng)期工作容易造成疲勞，工作效率下降，同時(shí)也容易出錯(cuò)。
1.1.2 課題的研究意義

自動(dòng)化生產(chǎn)裝置能夠模仿人的手臂做出某些固定的動(dòng)作，按預(yù)先設(shè)計(jì)的流程抓取、搬運(yùn)物件或操作工具。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等行業(yè)。自動(dòng)化生產(chǎn)裝置發(fā)展較快，應(yīng)用較多。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊接、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能夠應(yīng)付外界環(huán)境的變化[2]。如果自動(dòng)化生產(chǎn)裝置發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，自動(dòng)化生產(chǎn)裝置就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。應(yīng)用自動(dòng)化生產(chǎn)裝置，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐[3]。

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1.3 論文研究工作及內(nèi)容安排
1.3.1 論文的研究工作
本論文對(duì)自動(dòng)布線機(jī)的控制系統(tǒng)做了研究和分析。根據(jù)一線生產(chǎn)車間人工布置導(dǎo)線的工作流程和實(shí)際需求，研究人員需要對(duì)自動(dòng)布線機(jī)的控制系統(tǒng)做出統(tǒng)一的規(guī)劃和合理的設(shè)計(jì)，以保證自動(dòng)布線機(jī)能夠按照客戶需求完成自動(dòng)布置導(dǎo)線的工作任務(wù)。主要工作有以下幾方面：
（1）分析自動(dòng)布線機(jī)的控制動(dòng)作流程，考慮自動(dòng)布線機(jī)的控制流程的合理性與自動(dòng)布線工作的可靠性；
（2）在對(duì)自動(dòng)布線機(jī)控制流程的合理性與對(duì)自動(dòng)布線機(jī)布線工作的可靠性做出主要評(píng)估后，確定自動(dòng)布線機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)自動(dòng)布線機(jī)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)問題做出方案論證，并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；
（3）編寫自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)控制軟件，確定自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)軟件的具體需求和需要實(shí)現(xiàn)的功能，能夠達(dá)到自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)軟件的功能要求，完善上位機(jī)控制軟件，并加以調(diào)試，測(cè)試，檢查 BUG；
（4）調(diào)試各個(gè)控制模塊，包括運(yùn)動(dòng)控制卡模塊、IO 板卡模塊、PLC 與氣動(dòng)裝置模塊等，使其能完成各自規(guī)定功能，并能達(dá)到指標(biāo)要求；
（5）聯(lián)合各個(gè)模塊整體調(diào)試，使各個(gè)模塊能夠正常通信、能夠相互配合完成自動(dòng)布線工作，搭建起自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)。
1.3.2 論文的內(nèi)容安排
本論文一共分六章，各章節(jié)的具體安排如下：
第 1 章 緒論。本章介紹了課題的研究背景及意義、自動(dòng)化控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對(duì)論文所做的工作以及論文的組織結(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)要的概況。
第 2 章 自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。本章主要介紹了自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，包括自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，以及控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架。

第 3 章 自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。本章詳細(xì)介紹了自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)控制軟件的各個(gè)界面與其具體功能，并且說明了自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)控制軟件各個(gè)界面功能的實(shí)現(xiàn)目的與各個(gè)界面的實(shí)現(xiàn)方法。

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第 2 章 自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以布線機(jī)能夠安全、可靠的完成布線工作為中心，在自動(dòng)布線機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的布線工作之前，控制系統(tǒng)需要完成自動(dòng)布線機(jī)的復(fù)位工作，復(fù)位工作包括運(yùn)動(dòng)軸的復(fù)位和氣動(dòng)裝置的復(fù)位。完成復(fù)位工作之后，用戶可以在布線機(jī)上位機(jī)軟件界面中實(shí)時(shí)設(shè)置布線機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以達(dá)到調(diào)節(jié)機(jī)床參數(shù)的目地。自動(dòng)布線機(jī)的布線機(jī)工作需要由布線機(jī)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軸和氣動(dòng)裝置相互配合完成。自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括運(yùn)動(dòng)軸的控制設(shè)計(jì)， IO 信號(hào)的控制設(shè)計(jì)以及氣動(dòng)裝置的控制設(shè)計(jì)。

2.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
2.1.1 自動(dòng)布線機(jī)的復(fù)位工作
自動(dòng)布線機(jī)的復(fù)位工作包括兩部分，一部分為機(jī)床各軸回原點(diǎn)，另一部分為氣動(dòng)裝置完成復(fù)位動(dòng)作。自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)要求機(jī)床各軸的控制誤差小于等于 0.1mm,因此，在控制機(jī)床動(dòng)作之前，需要實(shí)現(xiàn)各軸回原點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)床各軸精確定位。在進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)控制之前，需要設(shè)定運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的原點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上都設(shè)有原點(diǎn)傳感器（也稱為原點(diǎn)開關(guān)）。尋找原點(diǎn)開關(guān)的位置并將該位置設(shè)為平臺(tái)的坐標(biāo)原點(diǎn)的過程即為回原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)DMC5000 系列運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)機(jī)床各軸回原點(diǎn)具有多種方式�；卦c(diǎn)運(yùn)動(dòng)主要步驟如下：
(1)使用 dmc_set_home_pin_logic 函數(shù)設(shè)置原點(diǎn)開關(guān)的有效電平；
(2)使用 dmc_set_homemode 函數(shù)設(shè)置回原點(diǎn)方式；
(3)設(shè)置回原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度曲線；
(4)使用 dmc_home_move 函數(shù)執(zhí)行回原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；
(5)回到原點(diǎn)后，指令脈沖計(jì)數(shù)器清零。
DMC5000 系列卡提供了以下幾種回原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的方式：

設(shè)置原點(diǎn)信號(hào)的有效電平函數(shù)根據(jù)布線機(jī)原點(diǎn)開關(guān)硬件接線關(guān)系設(shè)置布線機(jī)原點(diǎn)開關(guān)的有效電平為低電平或高電平，回原點(diǎn)模式函數(shù)可設(shè)置布線機(jī)回原點(diǎn)模式為低速回原點(diǎn)或高速回原點(diǎn)�；卦c(diǎn)動(dòng)作完成后，可調(diào)用 dmc_set_position 函數(shù)令指令脈沖計(jì)數(shù)器清零。本自動(dòng)布線機(jī)回原點(diǎn)的原點(diǎn)開關(guān)選擇 FC-SPX 302 光電開關(guān)，F(xiàn)C-SPX 302 光電開關(guān)的檢出方式為 NPN.NO.NC。FC-SPX 302 光電開關(guān)具有高寬度的電壓源的范圍，其電壓源范圍為 12-24VDC，其中的黑色與白色為信號(hào)輸出線端，F(xiàn)C-SPX 302 光電開關(guān)的電路接線圖如圖 2.4 所示[32]。

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2.2 自動(dòng)布線機(jī)安全防護(hù)措施
自動(dòng)布線機(jī)的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)兩種安全防護(hù)信號(hào)，一種為 Z1 軸 Z2 軸防碰撞信號(hào)，一種為氣動(dòng)壓力開關(guān)信號(hào)。防碰撞信號(hào)防止自動(dòng)布線機(jī)的 Z1 與 Z2 軸在人為條件下，或在自動(dòng)布線機(jī)出現(xiàn)故障的情況下發(fā)生相撞事故，在自動(dòng)布線機(jī)即將發(fā)生碰撞時(shí)，即 Z1 軸Z2 軸的距離小于 5cm 時(shí)，Z1 軸 Z2 軸防碰撞信號(hào)有效，上位機(jī)通過 IO 板，檢測(cè)到防碰撞信號(hào)有效后，立即停止兩軸的運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)停止 Z1 軸與 Z2 軸的氣動(dòng)裝置的動(dòng)作，增加自動(dòng)布線機(jī)的安全防護(hù)性能，防止人員受傷，以及自動(dòng)布線機(jī)出現(xiàn)損傷[36]。

自動(dòng)布線機(jī)的控制系統(tǒng)中的啟動(dòng)壓力開關(guān)信號(hào)為實(shí)時(shí)檢測(cè)氣動(dòng)裝置的氣壓壓力，當(dāng)啟動(dòng)裝置的氣壓壓力滿足自動(dòng)布線機(jī)的氣動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)布線機(jī)的控制系統(tǒng)可以正常工作 ，當(dāng)自動(dòng)布線機(jī)的控制系統(tǒng)檢測(cè)到氣動(dòng)裝置的氣動(dòng)壓力開關(guān)無效時(shí)，即氣動(dòng)裝置中的氣壓無法滿足自動(dòng)布線機(jī)的氣動(dòng)裝置工作時(shí)，自動(dòng)布線機(jī)的控制系統(tǒng)無法工作，即 Z1 軸與 Z2 軸無法運(yùn)動(dòng)，放置自動(dòng)布線機(jī)的氣動(dòng)裝置無氣壓時(shí)，自動(dòng)布線機(jī)的 Z1 軸與 Z2 軸發(fā)生運(yùn)動(dòng)，造成人員受傷，或設(shè)備損傷[40]。自動(dòng)布線機(jī)的啟動(dòng)壓力開關(guān)信號(hào)的一路可通過IO 板傳遞給自動(dòng)布線機(jī)的上位機(jī)，上位機(jī)檢測(cè)到啟動(dòng)壓力開關(guān)信號(hào)無效時(shí)，做出相應(yīng)的判斷，并且禁止 Z1 軸與 Z2 軸發(fā)生運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)布線機(jī)的氣動(dòng)壓力開關(guān)信號(hào)的另一路可進(jìn)入 PLC 的輸入端口，PLC 根據(jù)氣動(dòng)壓力開關(guān)信號(hào)做出相應(yīng)判斷，當(dāng)啟動(dòng)壓力開關(guān)信號(hào)有效時(shí)，PLC 控制模塊正常工作，當(dāng)氣動(dòng)壓力開關(guān)信號(hào)無效時(shí)，PLC 控制模塊停止工作，放置氣動(dòng)裝置動(dòng)作造成設(shè)備以及人員損傷。如圖 2.10 所示為自動(dòng)布線機(jī)氣動(dòng)壓力開關(guān)。

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第 3 章 自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).............................15
3.1 面向?qū)ο蟪绦蛘Z言 Visual C++簡(jiǎn)介........................15
3.2 控制系統(tǒng)軟件界面的設(shè)計(jì)......................................16
第 4 章 自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)..........................27
4.1 運(yùn)動(dòng)控制模塊的設(shè)計(jì)..........................................27
4.1.1 基于 PC 運(yùn)動(dòng)控制卡的簡(jiǎn)介..............................27
第 5 章 自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)...................................43
5.1 自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)架..............................43

5.1.1 控制機(jī)箱的設(shè)計(jì)..............................................43

第 5 章 自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)的硬件控制模塊主要分為三大模塊，兩個(gè)控制箱，一個(gè)主控制柜，兩個(gè)控制箱的位置分別在自動(dòng)布線機(jī)龍門工作臺(tái)的 Z1 軸與 Z2 軸的下部。兩個(gè)控制箱分為主控制箱和副控制箱，主控制箱里的控制模塊包括三個(gè)伺服單元，二十個(gè)電磁閥，S-7200 型號(hào) PLC 以及 PLC 的擴(kuò)展模塊，PLC 的擴(kuò)展模塊包括一個(gè)數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊，以及四個(gè)數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊。副控制箱里的控制單元包括三個(gè)伺服單元。主控制柜的內(nèi)容包括四個(gè)運(yùn)動(dòng)控制卡接線盒模塊，一個(gè) IO 板輸入接線盒模塊，一個(gè) IO 板輸出接線盒模塊，220V 轉(zhuǎn) 24V 電源模塊，二十三個(gè)歐姆龍繼電器，保險(xiǎn)空開電路保護(hù)單元，一個(gè)工控機(jī)機(jī)箱，顯示屏加鍵盤等等。

5.1 自動(dòng)布線機(jī)控制機(jī)系統(tǒng)的硬件構(gòu)架
5.1.1 控制機(jī)箱的設(shè)計(jì)
自動(dòng)布線機(jī)的控制機(jī)箱有兩個(gè)，分為主控制箱和副控制箱，主控制箱里的控制模塊包括三個(gè)伺服單元，二十個(gè)電磁閥，PLC 加擴(kuò)展模塊。主控制箱上的接口包括電源接口、伺服單元信號(hào)線接口，PLC 信號(hào)線接口，氣管孔、電機(jī)線纜以及編碼器線纜孔等，為了確保伺服單元的最大散熱條件，三個(gè)伺服單元的安裝方位為三個(gè)并排豎直安裝，確保伺服單元中的熱空氣行程對(duì)流，為了節(jié)約訂購(gòu)控制箱的成本，主控制箱的大小規(guī)格需要符合標(biāo)準(zhǔn)控制箱的規(guī)格，即大小為 420mm 的規(guī)格，主控制箱的規(guī)格為長(zhǎng) 600mm（可用空間）、寬 420mm（可用空間）、高 200mm（可用空間），為了確�？刂葡涞纳�，控制箱上下兩面開若干小孔。主控制箱的布局圖如下 5.1 所示。

自動(dòng)布線機(jī)的主控制機(jī)箱的位置在自動(dòng)布線機(jī)龍門工作臺(tái)的 Z1 軸原點(diǎn)位置下方，副控制箱的位置在自動(dòng)布線機(jī)的龍門工作臺(tái)的 Z2 軸原點(diǎn)位置下方，為了訂購(gòu)方便、節(jié)約成本，副控制箱的大小尺寸也符合控制箱的標(biāo)準(zhǔn)要求，其大小尺寸為長(zhǎng) 420mm（可用空間）、寬 300mm（可用空間）、高 200mm（可用空間），副控制箱的接口要求有三個(gè)，為電源接口、伺服單元信號(hào)線接口，電機(jī)與編碼器線纜接口（開孔）[43]。為確保副控制機(jī)箱內(nèi)伺服單元的散熱要求，副控制箱的上下兩個(gè)面板可開若干小孔，副控制箱內(nèi)的伺服單元的安裝要求為豎直安裝，確保伺服單元內(nèi)的熱空氣形成對(duì)流狀態(tài)。如下圖 5.2 所示為自動(dòng)布線機(jī)副控制機(jī)箱的結(jié)構(gòu)布局示意圖。

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第 6 章 結(jié)論

6.1 論文研究?jī)?nèi)容總結(jié)
本課題的主要工作為：對(duì)自動(dòng)布線機(jī)的控制系統(tǒng)做整體研究，包括對(duì)自動(dòng)布線機(jī)的上位機(jī)軟件的編寫，對(duì)自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)的硬件控制模塊的功能實(shí)現(xiàn)。本課題分別從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究：自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)的上位機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)功能，編寫方法，自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)中控制單元模塊的功能實(shí)現(xiàn)以及調(diào)試工作�？偨Y(jié)如下：
（1）首先介紹了課題的研究背景及意義、自動(dòng)化控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對(duì)論文所做的工作以及論文的組織結(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)要的概況。
（2）其次詳細(xì)介紹了自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)控制軟件的各個(gè)界面與其具體功能，并且說明了自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)控制軟件各個(gè)界面功能的實(shí)現(xiàn)目的與各個(gè)界面的實(shí)現(xiàn)方法。自動(dòng)布線機(jī)的各個(gè)控制模塊。論文中主要介紹了三大控制模塊，分別為運(yùn)動(dòng)控制卡模塊、IO 板控制模塊、PLC 與氣動(dòng)裝置。分別介紹了這三大控制模塊的工作內(nèi)容與實(shí)現(xiàn)方法。編寫自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)控制軟件，確定自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)軟件的具體需求和需要實(shí)現(xiàn)的功能，能夠達(dá)到自動(dòng)布線機(jī)上位機(jī)軟件的功能要求，完善上位機(jī)控制軟件，并加以調(diào)試，測(cè)試，檢查 BUG；
（3）調(diào)試各個(gè)控制模塊，包括運(yùn)動(dòng)控制卡模塊、IO 板卡模塊、PLC 與氣動(dòng)裝置模塊等，使其能完成各自規(guī)定功能，，并能達(dá)到指標(biāo)要求；聯(lián)合各個(gè)模塊整體調(diào)試，使各個(gè)模塊能夠正常通信、能夠相互配合完成自動(dòng)布線任務(wù)功能，搭建起自動(dòng)布線機(jī)控制系統(tǒng)。

（4）自動(dòng)布線機(jī)的硬件構(gòu)架。本論文從總體上介紹了自動(dòng)布線機(jī)的硬件構(gòu)架，包括自動(dòng)布線機(jī)的控制機(jī)柜的組成與構(gòu)架，自動(dòng)布線機(jī)的工作平臺(tái)的總體構(gòu)架，自動(dòng)布線機(jī)各個(gè)控制模塊的放置與線纜連接等等。本論文首先分析了自動(dòng)布線機(jī)的控制流程的合理性，之后詳細(xì)介紹了自動(dòng)布線機(jī)的工作流程。并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制流程的合理性。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：369875