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全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器在自控系統(tǒng)中的應(yīng)用
  • 企業(yè):控制網(wǎng)     行業(yè):石油天然氣    
  • 點(diǎn)擊數(shù):1619     發(fā)布時間:2005-09-15 13:29:11
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本文主要介紹全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器在鋁塑管自動切割控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,通過可編程控制器、觸摸屏、變頻器等設(shè)備組成的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了鋁塑管的準(zhǔn)確切割,并對全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器在實(shí)踐應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行研究。



    一、引言

    上海玉菱鋁塑管包裝有限公司的1臺鋁塑管切割機(jī)是1998年投產(chǎn)運(yùn)行的,其控制系統(tǒng)是通過PLC控制步進(jìn)電機(jī),這種控制模式已經(jīng)落后,整個系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn):

    參數(shù)的調(diào)整和整個系統(tǒng)的調(diào)試難度大; 

    繼電器控制,故障率高,維護(hù)困難,嚴(yán)重制約著生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行; 

    產(chǎn)品的廢品率高。

    上海理工大學(xué)數(shù)控?cái)?shù)顯實(shí)驗(yàn)室受其委托,對其設(shè)備進(jìn)行全數(shù)字化技術(shù)改造,以實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工,提高勞動生產(chǎn)率,降低產(chǎn)品的廢品率。

    二、系統(tǒng)概況

    整個系統(tǒng)的核心是全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器的輸入、輸出信號通過PLC與觸摸屏的通信,完成對整個系統(tǒng)的自動控制,實(shí)現(xiàn)鋁塑管的準(zhǔn)確切割(切割誤差小于0.2mm)。其系統(tǒng)框圖如圖1 所示。



圖1 系統(tǒng)框圖

    三、系統(tǒng)設(shè)備配置

    根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)的要求,從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā),選擇控制系統(tǒng)的元器件:

    1、伺服系統(tǒng)器件的選擇

    選用松下大型MINAS V系列的全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器MDD203AIV(其主要性能指標(biāo):適配電機(jī)的額定功率為2000W,電源電壓為3相220V,編碼器類型為2500P/R,與驅(qū)動器配套使用的交流伺服電機(jī)為MDM202A1。

    2、主控系統(tǒng)器件的選擇

    選用松下FPO系列化產(chǎn)品C16T(NPN 型,輸入與輸出均為8個點(diǎn))

    3、人機(jī)交互界面的選擇

    選用我國臺灣的HITECH人機(jī)觸摸屏(配有強(qiáng)大的功能軟件ADP3)。

    四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    控制系統(tǒng)的核心器件是FPOC16T,其輸入信號包括:交流伺服驅(qū)動器的輸出信號(編碼器零位脈沖輸出,報(bào)警輸出)、色標(biāo)傳感器信號和變頻器報(bào)警信號。其輸出信號包括:交流伺服驅(qū)動器的輸入信號(脈沖輸入信號,脈沖方向輸入信號)、變頻器啟動信號及頻率設(shè)定選擇信號、高頻焊接信號。PLC的I/O(輸入與輸出)信號分配如圖2所示。


圖2 PLC 輸入和輸出信號分配

    可見,控制系統(tǒng)的核心任務(wù)是完成交流伺服驅(qū)動器信號的控制。

    五、交流伺服驅(qū)動器主控回路設(shè)計(jì)

    1、主回路

    主回路中驅(qū)動器上的U,V,W 及E號端子與伺服電機(jī)主回路航空插頭的A,B,C及D號端子必須按次序一一對應(yīng)地連接,否則有可能使驅(qū)動器或伺服電機(jī)造成損害。交流伺服驅(qū)動器接線端子如圖3所示。


圖3 交流伺服驅(qū)動器接線端子

    2、控制回路

    (1) 聯(lián)接器CN I/F信號線(50 針):作為外部控制信號的輸入/輸出。其注意事項(xiàng)是:

    用24V,d.c.的電源,作為控制信號的供電。 

    伺服驅(qū)動器與其它設(shè)備間的連線應(yīng)盡量短(3m以內(nèi))。 

    控制線與電源線應(yīng)盡量隔開(大于30cm),并且不要將它們捆在一起或放在同一接線槽內(nèi)。 

    對于CN I/F 信號線應(yīng)采用雙絞屏蔽線,并且將屏蔽線與驅(qū)動器的信號地(GND)連在一起。

    (2) 聯(lián)接器CN SIG信號線(20 針):作為伺服電機(jī)編碼器的連接線。其注意事項(xiàng)是:

    將屏蔽線同CN SIG的GND引腳相連,將電機(jī)屏蔽線同驅(qū)動器屏蔽線相連接。 

    電纜線最長的長度為20m,若太長,驅(qū)動器內(nèi)保證編碼器正常工作的輸出電壓(5V)會有損失,從而使編碼器不能正常工作。此時應(yīng)調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器在前面板上的PG電位器,調(diào)節(jié)PG可使起始電壓在4.75--5.25V之間。 

    同電源線(R,S及T)相隔距離應(yīng)盡量遠(yuǎn)(大于30cm),并且避免捆在一起或接在同一接線槽內(nèi)。

    六、交流伺服驅(qū)動器用戶參數(shù)設(shè)置

    松下大型MINAS V系列的全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器MDD203AIV有一系列的參數(shù),通過這些參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整,用戶可以改變系統(tǒng)的性能和功能。調(diào)試前應(yīng)首先設(shè)置的參數(shù)有:

    1、參數(shù)No.02:設(shè)置驅(qū)動器控制方式為“0”―――位置(脈沖)控制方式;

    2、參數(shù)No.25:設(shè)置指令脈沖分/ 倍頻分子為“10000”;

    3、參數(shù)No.26:設(shè)置指令脈沖分/ 倍頻分母為“1000”;

    4、參數(shù)No.29:設(shè)置指令脈沖輸入方式為“3”――― 選擇脈沖串指令輸入及符號輸入。

    注意:在位置控制方式時,通過對No.25及No.26參數(shù)的設(shè)置,可以很方便的與各種頻率的指令脈沖源相匹配,以達(dá)到用戶理想的控制分辨率(即:角度/脈沖)。因二者的值差異過大會造成控制精度下降,所以推薦設(shè) 置No.25/No.26(即:電子齒輪比)為:1/50< 電子齒輪比<20。

    在生產(chǎn)線上安裝調(diào)試時,伺服電機(jī)在停止或運(yùn)行狀態(tài)中會發(fā)生振蕩和噪聲,即不能在負(fù)載條件下獲得最合適的響應(yīng)和穩(wěn)定性,此時需要進(jìn)行基本增益調(diào)整。在位置控制方式時,在工作現(xiàn)場進(jìn)行基本增益調(diào)整的用戶參數(shù)有:

    1、設(shè)置參數(shù)No.03的值至較大值而不至于發(fā)生振蕩為止;

    2、設(shè)置速度環(huán)積分時間常數(shù)參數(shù)No.04 較小值,其值越小,位置偏差值相減越快;

    3、設(shè)置位置環(huán)增益參數(shù)No.20 較大而不發(fā)生振蕩為止;

    4、設(shè)置參數(shù)No.21,將速度前饋系數(shù)設(shè)置為最小(0%)。

    增益調(diào)整時應(yīng)注意的事項(xiàng):

    1、增益的最優(yōu)值依負(fù)載而定,若負(fù)載變化,則需要重新調(diào)整。

    2、若位置環(huán)增益過大,機(jī)械剛性較高,有可能導(dǎo)致振蕩。

    3、若采用驅(qū)動器的速度環(huán)而外加位置環(huán)單元,伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益會由于速度指令輸入增益參數(shù)的改變而改變。

    4、若增益設(shè)置值過大,會引起振蕩,這時應(yīng)減小設(shè)置值從而停止振蕩。若不能停止振蕩,則關(guān)掉電源和伺服系統(tǒng)信號,然后再開啟電源將增益恢復(fù)到較小的值。

    七、結(jié)束語

    本自動控制系統(tǒng)經(jīng)過合適的選型,認(rèn)真的硬件配置及完善的程序設(shè)計(jì),完全滿足鋁塑管準(zhǔn)確切割的要求,該系統(tǒng)自2000年5月投入運(yùn)行至今,一直運(yùn)轉(zhuǎn)良好,得到了用戶的好評。

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