【產品應用】“脫胎換骨”--插針機運動控制

隨著PCB板及接插件裝配行業(yè)的快速發(fā)展，插針機作為其核心設備的應用范圍也越來越廣泛。面對行業(yè)需求的迅速增長，致遠電子推出了插針機運動控制方案。

插針機，也被稱為插PIN機或入PIN機，是一種自動化設備，主要用于將插針插入到電路板上的預孔中，以實現電路板的連接。插針機主要由三大核心部分構成：機械部分、電氣部分和控制系統(tǒng)。它們相互協(xié)作，共同完成插針的精準插入。機械部分是插針機的物理基礎，電氣部分則是插針機的“神經網絡”，控制系統(tǒng)則是整個設備的核心部分。

??插針機技術應用

在PCB板及接插件的裝配過程中，插針機扮演著至關重要的角色。它通過精密的機械和電子控制系統(tǒng)，將金屬針準確地插入到板上的孔內。全自動插針機作為當前主流設備，采用了在線式作業(yè)模式，實現了伺服運動控制。它具有自動進出板、自動定位、自動切針、自動插針等功能，幾乎涵蓋了生產的全過程，減輕了工人的勞動強度，提高了生產效率。

面臨的挑戰(zhàn)

隨著科技的進步和市場的不斷擴大，插針機行業(yè)正面臨著前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。為了滿足市場對高精度、高穩(wěn)定性、高效率和高速度的需求，插針機行業(yè)需要不斷創(chuàng)新和升級。在競爭激烈的市場環(huán)境中，生產效率的提高意味著成本的降低和市場份額的增加。因此，插針機需要具備高效的運動控制能力，快速完成加工任務，提高整體生產效率。?此外，插針機需要具備多種加工能力和靈活性，以滿足不同產品、不同生產工藝的需求。為了應對這些挑戰(zhàn)，插針機行業(yè)需要尋求一個穩(wěn)定的、快速的運動控制解決方案。這個方案不僅需要具備高精度、高穩(wěn)定性的特點，還要能夠實現高效率、高速度、多功能和靈活性的要求。只有這樣，插針機行業(yè)才能不斷提升自身的競爭力，滿足市場的不斷發(fā)展和變化。

運動控制方案

運動控制是插針機的重要組成部分，它負責協(xié)調和控制機器的各種運動，包括主軸、工作臺等各個部分的協(xié)同工作。一個成熟的、先進的運動控制解決方案對于插針機的性能和精度有著至關重要的影響，它不僅決定了機器的性能和精度，還影響著生產效率、故障預防和維護以及操作簡便性等方面。因此，在插針機的設計和生產過程中，應重視運動控制系統(tǒng)的研發(fā)和優(yōu)化，以提高整機的性能和競爭力。

? 傳統(tǒng)的插針機運動控制方案

傳統(tǒng)的插針機運動控制方案通常采用PLC通過脈沖方式控制脈沖型伺服驅動，伺服驅動在接受外部脈沖指令控制或模擬信號的同時，返回編碼器信號。使用脈沖信號控制伺服電機時有如下幾個優(yōu)點：

可靠性較高，可以避免因接線錯誤或其他問題導致的控制電壓異常升高，從而降低伺服電機失控的風險。

數字信號（如脈沖信號）相比模擬信號具有更好的抗干擾性。在復雜的工業(yè)環(huán)境中，數字信號不容易受到電磁噪聲和其他類型的干擾的影響。

但總的來說，使用脈沖控制會導致控制的靈活性下降，其內部的位置環(huán)使得系統(tǒng)的PID參數調整變得不那么靈活。如果用戶需要更高的控制性能，實現起來可能會比較困難，使用反饋控制會使系統(tǒng)存在兩個位置環(huán)，這增加了控制器設計的復雜性。

其次，脈沖信號控制的驅動速率不高，快速性不足，脈沖控制方式本身可能不是為高速運動而設計的。當需要快速響應或高動態(tài)性能時，這種控制方式可能無法滿足要求。?此外，脈沖信號的傳輸和處理也可能受到限制，尤其是在高頻率下，所以這進一步限制了控制的快速性。

為了提高伺服電機的控制性能，可以考慮使用更先進的控制策略和方法。同時，確保系統(tǒng)的硬件和通信鏈路具有足夠的帶寬和穩(wěn)定性也是非常重要的。

圖2?插針機傳統(tǒng)運動控制方案框圖

? ZTP800/ZMC600E運動控制

ZTP800 /?ZMC600E運動控制?是基于EtherCAT總線的運動控制方案，相比于傳統(tǒng)的脈沖控制方式，基于EtherCAT的總線技術的運動控制方案具有很強的靈活性和很高的性價比。在此基礎上，EtherCAT總線型運動控制器和示教器移動控制單元的搭配也顯得尤為重要。這種搭配可以實現高效的人機交互，使得操作人員能夠方便地進行設備的控制和監(jiān)控。同時，這種搭配還可以提高設備的可維護性和可擴展性，使得設備能夠更好地適應各種復雜的應用場景。

圖3?ZTP800/ZMC600E 運動控制廣州致遠電子股份有限公司開發(fā)的最新一代智能總線型控制器ZMC600E和示教器（移動HMI）ZTP800就是這樣一套強有力的搭配。這套搭配具有高度的集成化和智能化水平，能夠滿足各種不同的應用需求，并且易于使用和維護。除此之外，還具有諸多優(yōu)勢，比如：

節(jié)約布線成本，減少布線時間，減小出錯機率：控制器的一個總線通訊口可以連接多臺伺服，伺服之間用簡單的RJ45口插接即可，縮短施工周期。

信息量更大：全數字信息交互，可以雙向傳輸很多參數、指令和狀態(tài)等數據，脈沖方式只能單向傳送位置或速度信息，無法獲取伺服的更多狀態(tài)或參數。

精度高，數字式通訊方式：無信號漂移問題，指令和反饋數據精度可達32bit。

可靠性更高，抗干擾能力更強，不會出現丟脈沖現象：脈沖控制方式在高速脈沖時，會不可靠。

降低系統(tǒng)總成本：當超過兩臺以上伺服時，不用調整控制器配置，而脈沖型伺服需要增加脈沖或軸控模塊，伺服臺數較多時甚至需要改用更高等級的控制器硬件才能滿足要求。

可開發(fā)軟件功能更強大的設備，而無需額外修改硬件或接線：控制器能夠實時通過總線監(jiān)視伺服電機出現的故障，并在示教器上顯示出來。同時控制器還可以監(jiān)視伺服電機實際位置、實際速度等信息，也可以根據需要由程序自動調整伺服參數?？蓪崿F在示教器中設定伺服參數，而不用到伺服面板修改，簡捷直觀不易出錯。

采用標準的運動功能塊庫，提高編程調試效率：采用總線系統(tǒng)解決方案，避免了傳統(tǒng)脈沖控制方式的編程量大、調試復雜等問題，提高了效率，節(jié)省了成本和時間。

通過使用ZMC600E和示教器（移動HMI）的搭配，可以實現機器設備的快速配置和調試，提高生產效率和質量。同時，這套搭配還具有高度的可靠性和穩(wěn)定性，能夠保證機器設備的長期穩(wěn)定運行。

圖4?ZTP800/ZMC600E?插針機運動控制框圖

? 總結

隨著科技的進步和制造業(yè)的發(fā)展。EtherCAT技術在PCB板及接插件裝配領域的應用越來越廣泛。這種技術為行業(yè)帶來了更高的生產效率和更精細的加工質量，滿足了市場對高精度、高效率、高品質產品的需求。為PCB板及接插件裝配行業(yè)帶來了革命性的變革。隨著技術的不斷進步和應用領域的拓展，我們有理由相信，基于EtherCAT技術的ZTP800搭配ZMC600E EtherCAT總線型運動控制器的運動控制解決方案將在未來發(fā)揮更加重要的作用，推動行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和進步。