2014/10/6 来源:万方数据 作者：林祥勇
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2014/10/6 来源:万方数据 作者：林祥勇
本文针对某模块化生产加工系统生产制造过程中设备定位问题，设计一种采用伺服电机、PLC和触摸屏为主体，可自动测量并显示绝对坐标位置，并自动定位的控制系统。加工重复定位精度可达0．01ｍｍ，减轻了工人工作强度，提高了劳动生产率。
3 伺服控制系统 伺服控制系统由伺服驱动器、伺服电机和齿轮传动机构构成，实现对各工作单元及检测装置进行精确定位，是该方法的关键部分。通过伺服驱动器控制伺服电机运行，运行到位后通过PLC实时监测得到的运行距离，即实际测量值与自动计算后得到的脉冲量同时显示在触摸屏上，操作人员根据得到的实际测量值进行模块单元的一次性安装，调整完毕后再进行下一个定位点的自动测试，即使生产任务发生变化，不同的单元模块进行更换，只要将存储器内位移量直接改变即可，方便可靠。同时，伺服系统将定位精度控制在0．01ｍｍ。控制模式如图2所示。
图2 控制模式 在伺服控制中通过原先生产线自带的松下MHMD022P1U永磁同步的交流伺服电机及MADDT1207003全数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运动控制装置。该交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其中，伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等，如图3所示。 根据该伺服控制单元，将机械手需要的位移运行量换算成伺服驱动器接收的脉冲频率，同时，由于对位置和速度的精度要求控制在0．01ｍｍ，故使用伺服驱动器位置控制模式，位置控制模式采用位置环、速度环、电流环三环控制结构，PLC给定高速脉冲信号ｎ1送到位置控制器，控制伺服电机运行，即进行直线位移，与通过位置反馈得到的电机实际转动脉冲数ｎ2比较，误差信号Δｎ＝ｎ1－ｎ2，经过位置调节器PID调节后，输出转子转速给定信号ｍ1，实际转子转速反馈信号ｍ2，速度误差信号Δｍ＝ｍ1－ｍ2送到速度控制器，再经过PID调节后输出伺服电机交轴电流信号ｉ1，与实际交轴电流ｉ2比较，得出交轴电流的误差信号Δｉ＝ｉ1－ｉ2，电流控制器输出ＰＷＭ 控制信号，使伺服电机按给定脉冲数运行，并控制运行精度。位置控制模式下，电子齿轮等效的单闭环系统方框图如图4所示。 图中指令脉冲信号和电机编码器反馈脉冲信号进入驱动器后，均通过电子齿轮变换进行偏差计算。电子齿轮可以用来任意设置每单位指令脉冲对应的电机速度和脉冲当量，由于FX1N－40MT作为上位控制器最高脉冲输出频率为100ｋＨｚ，受其限制，使用电子齿轮功能，以减小给伺服驱动器发送脉冲的频率。对应脉冲计算公式为设伺服电机旋转一周移动60ｍｍ，松下ＭＩＮＡＳA4系列AC伺服电机驱动器，电机编码器反馈脉冲为2 500ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖ。由于伺服电机脉冲当量为0．01ｍｍ，减速比为1，则电机运行一圈所需的脉冲数为：
对应的电子齿轮比CMX／CDV设定值为
2 500＊4／6 000＝10 000／6 000伺服驱动器与PLC及伺服电机的接线图如图5所示。 |
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