“脱胎换骨”--插针机运动控制

随着PCB板及接插件装配行业的快速发展，插针机作为其核心设备的应用范围也越来越广泛。面对行业需求的迅速增长，致远电子推出了插针机运动控制方案。插针机，也被称为插PIN机或入PIN机，是一种自动化设备，主要用于将插针插入到电路板上的预孔中，以实现电路板的连接。插针机主要由三大核心部分构成：机械部分、电气部分和控制系统。它们相互协作，共同完成插针的精准插入。机械部分是插针机的物理基础，电气部分则是插针机的“神经网络”，控制系统则是整个设备的核心部分。

 插针机技术应用

在PCB板及接插件的装配过程中，插针机扮演着至关重要的角色。它通过精密的机械和电子控制系统，将金属针准确地插入到板上的孔内。全自动插针机作为当前主流设备，采用了在线式作业模式，实现了伺服运动控制。它具有自动进出板、自动定位、自动切针、自动插针等功能，几乎涵盖了生产的全过程，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。

图1 插针机

 面临的挑战

随着科技的进步和市场的不断扩大，插针机行业正面临着前所未有的机遇与挑战。为了满足市场对高精度、高稳定性、高效率和高速度的需求，插针机行业需要不断创新和升级。在竞争激烈的市场环境中，生产效率的提高意味着成本的降低和市场份额的增加。因此，插针机需要具备高效的运动控制能力，快速完成加工任务，提高整体生产效率。此外，插针机需要具备多种加工能力和灵活性，以满足不同产品、不同生产工艺的需求。为了应对这些挑战，插针机行业需要寻求一个稳定的、快速的运动控制解决方案。这个方案不仅需要具备高精度、高稳定性的特点，还要能够实现高效率、高速度、多功能和灵活性的要求。只有这样，插针机行业才能不断提升自身的竞争力，满足市场的不断发展和变化。
 运动控制方案

运动控制是插针机的重要组成部分，它负责协调和控制机器的各种运动，包括主轴、工作台等各个部分的协同工作。一个成熟的、先进的运动控制解决方案对于插针机的性能和精度有着至关重要的影响，它不仅决定了机器的性能和精度，还影响着生产效率、故障预防和维护以及操作简便性等方面。因此，在插针机的设计和生产过程中，应重视运动控制系统的研发和优化，以提高整机的性能和竞争力。
 传统的插针机运动控制方案

传统的插针机运动控制方案通常采用PLC通过脉冲方式控制脉冲型伺服驱动，伺服驱动在接受外部脉冲指令控制或模拟信号的同时，返回编码器信号。使用脉冲信号控制伺服电机时有如下几个优点：

可靠性较高，可以避免因接线错误或其他问题导致的控制电压异常升高，从而降低伺服电机失控的风险。

数字信号（如脉冲信号）相比模拟信号具有更好的抗干扰性。在复杂的工业环境中，数字信号不容易受到电磁噪声和其他类型的干扰的影响。

但总的来说，使用脉冲控制会导致控制的灵活性下降，其内部的位置环使得系统的PID参数调整变得不那么灵活。如果用户需要更高的控制性能，实现起来可能会比较困难，使用反馈控制会使系统存在两个位置环，这增加了控制器设计的复杂性。

其次，脉冲信号控制的驱动速率不高，快速性不足，脉冲控制方式本身可能不是为高速运动而设计的。当需要快速响应或高动态性能时，这种控制方式可能无法满足要求。此外，脉冲信号的传输和处理也可能受到限制，尤其是在高频率下，所以这进一步限制了控制的快速性。

为了提高伺服电机的控制性能，可以考虑使用更先进的控制策略和方法。同时，确保系统的硬件和通信链路具有足够的带宽和稳定性也是非常重要的。

图2插针机传统运动控制方案框图

 ZTP800/ZMC600E运动控制

ZTP800 /ZMC600E运动控制是基于EtherCAT总线的运动控制方案，相比于传统的脉冲控制方式，基于EtherCAT的总线技术的运动控制方案具有很强的灵活性和很高的性价比。在此基础上，EtherCAT总线型运动控制器和示教器移动控制单元的搭配也显得尤为重要。这种搭配可以实现高效的人机交互，使得操作人员能够方便地进行设备的控制和监控。同时，这种搭配还可以提高设备的可维护性和可扩展性，使得设备能够更好地适应各种复杂的应用场景。

广州致远电子股份有限公司开发的最新一代智能总线型控制器ZMC600E和示教器（移动HMI）ZTP800就是这样一套强有力的搭配。这套搭配具有高度的集成化和智能化水平，能够满足各种不同的应用需求，并且易于使用和维护。除此之外，还具有诸多优势，比如：

1. 节约布线成本，减少布线时间，减小出错机率：控制器的一个总线通讯口可以连接多台伺服，伺服之间用简单的RJ45口插接即可，缩短施工周期。
2. 信息量更大：全数字信息交互，可以双向传输很多参数、指令和状态等数据，脉冲方式只能单向传送位置或速度信息，无法获取伺服的更多状态或参数。
3. 精度高，数字式通讯方式：无信号漂移问题，指令和反馈数据精度可达32bit。
4. 可靠性更高，抗干扰能力更强，不会出现丢脉冲现象：脉冲控制方式在高速脉冲时，会不可靠。
5. 降低系统总成本：当超过两台以上伺服时，不用调整控制器配置，而脉冲型伺服需要增加脉冲或轴控模块，伺服台数较多时甚至需要改用更高等级的控制器硬件才能满足要求。
6. 可开发软件功能更强大的设备，而无需额外修改硬件或接线：控制器能够实时通过总线监视伺服电机出现的故障，并在示教器上显示出来。同时控制器还可以监视伺服电机实际位置、实际速度等信息，也可以根据需要由程序自动调整伺服参数。可实现在示教器中设定伺服参数，而不用到伺服面板修改，简捷直观不易出错。
7. 采用标准的运动功能块库，提高编程调试效率：采用总线系统解决方案，避免了传统脉冲控制方式的编程量大、调试复杂等问题，提高了效率，节省了成本和时间。

通过使用ZMC600E和示教器（移动HMI）的搭配，可以实现机器设备的快速配置和调试，提高生产效率和质量。同时，这套搭配还具有高度的可靠性和稳定性，能够保证机器设备的长期稳定运行。

图4ZTP800/ZMC600E插针机运动控制框图

 总结

随着科技的进步和制造业的发展。EtherCAT技术在PCB板及接插件装配领域的应用越来越广泛。这种技术为行业带来了更高的生产效率和更精细的加工质量，满足了市场对高精度、高效率、高品质产品的需求。为PCB板及接插件装配行业带来了革命性的变革。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，我们有理由相信，基于EtherCAT技术的ZTP800搭配ZMC600E EtherCAT总线型运动控制器的运动控制解决方案将在未来发挥更加重要的作用，推动行业的持续发展和进步。