[一]、封裝外殼的要求

封裝外殼是在工業(yè)類電源等設(shè)備中大量使用的鋁合金封裝外殼，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求大，適合大批量生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)很多封裝外殼加工企業(yè)自動(dòng)化程度比較低，還是人工操作為主，部分工廠過渡到了半自動(dòng)生產(chǎn)線，依然沒有實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的全自動(dòng)化，函待進(jìn)行改造。受校企合作企業(yè)委托，對(duì)該企業(yè)現(xiàn)有的封裝外殼自動(dòng)生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于封裝外殼產(chǎn)品需求的改變，決定了生產(chǎn)線改進(jìn)與優(yōu)化，同樣其生產(chǎn)工藝也需改進(jìn)與優(yōu)化，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?；诖苏n題，原有控制系統(tǒng)不能滿足新的全自動(dòng)生產(chǎn)線功能需求，論文從原有的嵌入式控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)背景入手，分析與優(yōu)化了嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件，滿足企業(yè)新形勢(shì)的要求。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：

1.根據(jù)原有的封裝外殼生產(chǎn)工序流程，優(yōu)化設(shè)計(jì)了新的生產(chǎn)工序流程，其中介紹了機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析，提出了封裝外殼全自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的功能需求和性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)了兩種電控優(yōu)化方案，通過對(duì)比確定采用嵌入式系統(tǒng)控制方案。

2.通過對(duì)封裝外殼生產(chǎn)線嵌入式控制器硬件性能指標(biāo)分析，對(duì)嵌入式控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而確定了主從控制器為相同的硬件框架。對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)控制器的處理器進(jìn)行調(diào)研，選擇了STM32F407VET6微控制器作為本系統(tǒng)的核心控制芯片，能夠很好地滿足系統(tǒng)功能需求。采用模塊化設(shè)計(jì)方法，完成嵌入式系統(tǒng)硬件優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)通訊電路和控制電路輸入輸出通道的信號(hào)隔離以及電源隔離。

較后搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了相關(guān)功能模塊的測(cè)試。

3.對(duì)封裝外殼自動(dòng)生產(chǎn)線嵌入式系統(tǒng)總體軟件架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)主控制器軟件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和多任務(wù)管理需求，通過對(duì)比現(xiàn)有嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，選擇使用了，uC/OS-III實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，同時(shí)完成了主控制器軟件系統(tǒng)的編寫，設(shè)計(jì)了良好的人機(jī)交互界面。通過對(duì)從控制器控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)行了S型曲線速度規(guī)劃并通過測(cè)試試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，以及設(shè)計(jì)了前饋+PID反饋復(fù)合控制算法，較后通過MATLAB仿真，證明其運(yùn)動(dòng)算法控制性能。

4.對(duì)現(xiàn)有的部分生產(chǎn)線進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。先對(duì)機(jī)械手、攻絲工位和放置螺釘工位進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，然后對(duì)現(xiàn)有裝配好的生產(chǎn)線進(jìn)行聯(lián)機(jī)試驗(yàn)，總結(jié)出現(xiàn)的故障，記錄試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率，滿足合作企業(yè)的生產(chǎn)要求。

[二]、蝶形微波器殼體自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)優(yōu)化的功能需求

目前原有蝶形微波器殼體生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率為4.2個(gè)/分鐘，并且至少需要5名熟練操作的工人負(fù)責(zé)整條生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于原有生產(chǎn)線控制系統(tǒng)核心芯片采用C8051F020，與32位處理器相比，其處理性能較低，數(shù)據(jù)運(yùn)算處理能力較弱，隨著蝶形微波器殼體產(chǎn)品要求越來越高，這樣使得新蝶形微波器殼體自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的功能需求也要發(fā)生變化。

蝶形微波器殼體自動(dòng)生產(chǎn)線根據(jù)生產(chǎn)工藝流程分為落料沖壓沖孔、沖壓成型、攻絲、放置螺釘、沖壓螺釘五個(gè)工序以及每個(gè)工序之間機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)工作過程。為了滿足優(yōu)化后的系統(tǒng)能夠通過機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)實(shí)現(xiàn)蝶形微波器殼體的全自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，并保護(hù)其系統(tǒng)的優(yōu)良性，同時(shí)也為了系統(tǒng)能夠?yàn)楹笃谧詣?dòng)生產(chǎn)線升級(jí)預(yù)留相關(guān)功能，將蝶形微波器殼體自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的功能需求分為以下五個(gè)主要部分：

(1)生產(chǎn)自動(dòng)化?？刂葡到y(tǒng)需要形成一套全自動(dòng)化生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)蝶形微波器殼體自動(dòng)化生產(chǎn)，同時(shí)控制系統(tǒng)需有手動(dòng)調(diào)試功能，方便該生產(chǎn)線上單個(gè)設(shè)備專機(jī)或者個(gè)別工序上下料機(jī)械手搬運(yùn)過程的調(diào)試。

(2)生產(chǎn)化。由于該自動(dòng)生產(chǎn)線自動(dòng)化程度好，生產(chǎn)的性尤為重要。

為了保護(hù)蝶形微波器外殼自動(dòng)生產(chǎn)線的運(yùn)行，考慮的是該生產(chǎn)線各個(gè)設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝和控制系統(tǒng)的優(yōu)良性，在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，一保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)操作人員人身，防止各個(gè)設(shè)備的誤動(dòng)作，如壓力機(jī)上下位檢測(cè)，模具位置到位檢測(cè)，機(jī)械手限位檢測(cè)，吸盤壓力檢測(cè)，氣缸上下位檢測(cè)；二保護(hù)穩(wěn)定性好，由于工廠現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，需要控制系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力；第三控制系統(tǒng)較終實(shí)現(xiàn)能夠自動(dòng)診斷該生產(chǎn)線故障并具有警報(bào)功能。

(3)機(jī)械手搬運(yùn)精度適宜化。目前受到機(jī)械模具的限制，要求具有較高的搬運(yùn)精度，才能保護(hù)物料地放在指定的位置。

(4)生產(chǎn)效率化。在生產(chǎn)企業(yè)注重效益優(yōu)先，生產(chǎn)速度是產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素，優(yōu)化后預(yù)計(jì)每分鐘生產(chǎn)8-12個(gè)。在保護(hù)生產(chǎn)性的前提下，同時(shí)對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度提出了確定的要求。

(5)開放性和可擴(kuò)展性好。根據(jù)蝶形微波器殼體的產(chǎn)品要求不斷提高，生產(chǎn)工藝流程日益復(fù)雜，為了使企業(yè)在未來發(fā)展中保持競(jìng)爭(zhēng)力，保護(hù)控制系統(tǒng)具有良好的開放性和可擴(kuò)展性。