摘要:討論4臺三菱J3交流伺服系統(tǒng)、4個FX2N-10GM的定位模塊與三菱2N系列的PLC組成的控制系統(tǒng)以及硬軟件的設(shè)計，實現(xiàn)對轎車點火鎖耐久性測試，實踐證明，該系統(tǒng)可靠性高、經(jīng)濟性強。

關(guān)鍵詞:交流伺服系統(tǒng)、定位模塊、點火鎖、PLC、夾具

1引言

隨著我國在近幾年汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，各種級別的乘用車走進了千家萬戶，當(dāng)今的消費者也對車輛的主動安全和被動安全都比以往更加重視。故人們對轎車上的每個零件可靠性都要有更高的要求。

2系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

2.1系統(tǒng)的構(gòu)成

此試驗檢測設(shè)備是對乘用車各種點火鎖進行耐久性試驗。此設(shè)備主要包括各類點火鎖夾具、4套交流伺服系統(tǒng)、3個電阻負載箱、1個儀表顯示柜、1個帶人機界面的操作站、三色顯示柱燈。

2.2功能描述

2.2.1一般描述

本點火鎖耐久性試驗設(shè)備是對吉利控股集團現(xiàn)有各種乘用車車型點火鎖零件進行耐久性測試，及轉(zhuǎn)向鎖在產(chǎn)品規(guī)定的額定電流和試驗電壓的條件下工作5萬次后，各部分無異?，F(xiàn)象發(fā)生、絕緣電阻、觸點壓降、鑰匙轉(zhuǎn)動力矩等均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定（QC/T29029-91國家標(biāo)準(zhǔn)）。

2.2.2詳細描述

1）操作者將3種鑰匙分別安裝在相應(yīng)的夾具上，并固定牢固、此時各鑰匙的角度基準(zhǔn)零度應(yīng)與3個旋轉(zhuǎn)軸零點保持一致的位置。

2）系統(tǒng)上電后，分別對4個伺服軸進行電氣回零點，再在觸摸屏上手動點動0軸（主進給軸），直到3種鑰匙的手柄完全伸到3個旋轉(zhuǎn)的機械手里，記下0軸進給的脈沖數(shù)，并將此數(shù)輸入到0軸第一次進給脈沖數(shù)中，0軸如果沒有第二次進給，則在第二次進給脈沖數(shù)中輸入同樣的值（此系統(tǒng)采用絕對位置控制）；在試驗次數(shù)中輸入要試驗的次數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)為5萬次）；具體設(shè)置見圖一。

圖一：參數(shù)設(shè)置1

3）根據(jù)各鑰匙的旋轉(zhuǎn)角度，分別將對應(yīng)的3個角度所需要的脈沖數(shù)輸入到3次進給的參數(shù)中；1、2、3軸的回退速度只在有0軸有第二次進給時才設(shè)定合適的對應(yīng)值，以保證0軸與1、2、3軸同步聯(lián)動回到指定位置，無此要求時此值可以隨意輸入,具體設(shè)置見圖二。

圖二：參數(shù)設(shè)置2

4）分別啟動各伺服軸，當(dāng)4個軸都進入自動后，柱燈的綠燈會亮，系統(tǒng)進入全自動狀態(tài)。再進入如下圖三所示的監(jiān)控界面觀察設(shè)備運行狀態(tài)。

圖三：試驗監(jiān)控界面

5）當(dāng)3把點火鎖試驗都達到設(shè)定的試驗次數(shù)時，伺服系統(tǒng)會自動停下來。

3控制硬件設(shè)計接口描述

3.1控制設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)如圖圖四，為了簡化接線，設(shè)備之間采用總線連接。GT1155-QSBDC觸摸面板為中文界面,界面直觀.操作者可根據(jù)相應(yīng)的提示直接進行相應(yīng)的手/自動操作。

圖四：硬件系統(tǒng)圖

3.2接口描述

3.2.1接口列表

1）各伺服驅(qū)動器的安全控制方面的接口信號采用串聯(lián)與急停按鈕相連接以保證安全；

2）伺服驅(qū)動器的其它接口信號通過總線與定位模塊相連接，定位模塊與PLC通訊。

3）觸摸屏的內(nèi)置接口與PLC相連接。

3.2.2信息交換處理

1）PLC與定位模塊的數(shù)字信號交換有：

2）PLC與定位模塊的數(shù)據(jù)交換有：

4程序組織結(jié)構(gòu)

4.1定位模塊程序說：

該系統(tǒng)采用的是三菱FX2N-10GM的定位模塊，該模塊程序編寫所用的應(yīng)用軟件為三菱的FXVPS-E的軟件，該軟件除可對定位模塊的參數(shù)設(shè)置外，還可以對控制的軸的程序進行編寫，下面圖五為0軸控制的部分程序，及0軸在零點丟失的情況下的回零程序示意圖。

圖五：0軸回零程序

4.2部分PLC程序結(jié)構(gòu)描述

該系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化的編程方式進行編寫，可讀性強，將程序分成幾塊來管理，一般輸入塊（即所有按鈕輸入等）、運動輸入塊（即所有氣缸運動位置檢測），過程處理塊（按照工藝流程編寫程序），一般輸出塊（即象報警、指示燈等信號）、運動輸出塊（即輸出到電磁上的信號），這樣分類后，便于維護人員在設(shè)備出現(xiàn)故障時聯(lián)機快速查找故障。

由于該系統(tǒng)為4軸控制系統(tǒng)，定位精度高（0軸電氣精度為0.00125毫米、1/2/3軸旋轉(zhuǎn)電氣精度為0.03度），4個軸之間的數(shù)據(jù)信號交換較多，故采用了FX2N-64MR的PLC作為中央處理器，定位模塊從伺服驅(qū)動器中采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號，PLC采集各個定位模塊的數(shù)據(jù)信息后，進行運算處理，將一些數(shù)據(jù)信息傳送到各自的定位模塊，下圖六是PLC數(shù)據(jù)讀寫的部分程序。

圖六：PLC程序

5J3伺服驅(qū)動器重點參數(shù)設(shè)置

三菱通用伺服MELSERVO-J3系列是在MELSERVO-J2-Super系列基礎(chǔ)上開發(fā)的性能更高、功能更豐富的交流伺服?？刂颇Ｊ接形恢每刂?、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制三種。還可以選擇位置/速度切換控制，速度/轉(zhuǎn)矩切換控制和轉(zhuǎn)矩/位置切換控制。所以本伺服不但可以用于機床和普通工業(yè)機械的高精度定位和平滑的速度控制，還可以用于線控制和張力控制等，應(yīng)用范圍十分廣泛。此外，本產(chǎn)品還有USB和RS-422串行通信功能，可以使用裝有伺服設(shè)置軟件的個人計算機，進行參數(shù)的設(shè)定、試運行、狀態(tài)顯示的監(jiān)控和增益調(diào)整等。本產(chǎn)品的實時自動調(diào)整功能可以根據(jù)機械自動調(diào)整伺服的增益。MELSERVO-J3系列伺服電機采用了分辨率為262144脈沖/轉(zhuǎn)的絕對位置編碼器，與MELSERVO-J2-Super系列相比，可以進行更高精度的控制。伺服放大器只需安裝電池，就可以構(gòu)成絕對位置檢測系統(tǒng)。這樣，只需進行一次原點設(shè)定，在電源開啟和報警發(fā)生時就不再需要原點回歸。在本系統(tǒng)中部分重點參數(shù)設(shè)置如下表：

6結(jié)束語

本控制系統(tǒng)調(diào)試成功后，基本未做改動即投入運行，目前運行很穩(wěn)定，至今的運行實踐表明：

（1）、系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思嚴謹，功能穩(wěn)定可靠，基本不需要維護。實現(xiàn)了集中操作，分散管理，且操作簡單、直觀。

（2）、調(diào)試和故障診斷方便、快速，故障診斷功能使操作員能及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)的故障并確定其位置，縮短了排除故障的時間。

（3）、系統(tǒng)的性能好，能夠滿足乘用車點火鎖耐久性試驗設(shè)備技術(shù)設(shè)計的需求。

（4）、系統(tǒng)采用總線控制，可擴展性好，便于未來的擴容。

參考文獻：

1、汪小光可編程控制器原理及應(yīng)用[M]…機械工業(yè)出版社1998版

2、施耐德電氣工業(yè)自動化產(chǎn)品目錄[P]…………施耐德公司2006版

3、MR-J3伺服放大器技術(shù)資料集[P]………………三菱公司2007版

4、FX2N-10GM和FX2N-20GM硬件/編程手冊[P]……三菱公司2000版

5、陳龍ABB機器人與TSX57處理器在汽車焊接中的應(yīng)用研究…………………電氣時代2007、9121-124

作者簡介：

陳龍，男，1977年10出生，本科，工業(yè)自動化工程師，畢業(yè)于武漢大學(xué)《電子工程》專業(yè)，主要從事電氣自動化系統(tǒng)工程設(shè)計與研究工作。