全自動端子壓著機上交流伺服電機的應(yīng)用研究

張舟

摘 要：全自動端子壓著機是用于剝皮、切斷、端子壓著等線束加工的一種機電一體化機械設(shè)備，具有運行平穩(wěn)、加工精度及效率高等優(yōu)點。文章主要研究全自動壓著機上交流伺服機的具體應(yīng)用，并通過伺服驅(qū)動器軟件與伺服電機回原點控制方式的優(yōu)化以提升全自動端子壓著機的運行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：全自動端子壓著機；交流伺服電機；應(yīng)用

中圖分類號：TM383.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）20-0108-02

全自動端子壓著機運行安全可靠、加工精度與效率高、噪音小，線束剝皮精度高達0.01 ms，且每條線束加工平均用時不到1 s，是近年來用于線束專斷加工的重要機械設(shè)備[1]。而在全自動端子壓著機的運行加工中，執(zhí)行電機起著十分關(guān)鍵的作用，以下介紹全自動端子壓著機上交流伺服機的應(yīng)用。

1 交流伺服電機簡介

過去，對調(diào)速性能要求較高的場合主要使用調(diào)速系統(tǒng)為直流電動機，但是直流電動機具有轉(zhuǎn)子慣量大、轉(zhuǎn)向器與電刷易磨損等缺點[2]。與直流電動機相比，交流伺服電機轉(zhuǎn)子慣量較小、輸出功率高出20%～70%、速度響應(yīng)性能較優(yōu)、運行平穩(wěn)且精度高，同時交流伺服電機采用變換控制系統(tǒng)，可通過驅(qū)動器直接將信號反饋到電機編碼器中，采樣效率與質(zhì)量較高，內(nèi)部由速度環(huán)與位置環(huán)構(gòu)成，因此不易出現(xiàn)過沖或者丟步等問題，具有穩(wěn)定可靠的控制性能。因此近年來全自動端子壓著機的系統(tǒng)執(zhí)行電機主要選擇交流伺服電機。

1.1 交流伺服系統(tǒng)

交流伺服系統(tǒng)主要由電源、傳感器件、集成上位機、伺服電動機、驅(qū)動控制電路觸摸屏、數(shù)據(jù)總線、驅(qū)動控制電路等組成，如圖1所示。伺服電動機為整個系統(tǒng)的執(zhí)行元件，主要作用是將電能轉(zhuǎn)化為機械能；交流伺服中傳感器件的種類較多，常見的有測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器、磁性編碼器、光電編碼器、霍爾元件、自整角機等[3]。

以MR-J2S交流伺服電機（日本三菱公司生產(chǎn)）為例，其系統(tǒng)組成及其性能具有多種優(yōu)點：①配套編碼器為絕對位置編碼器，分辨率大131072脈沖/轉(zhuǎn)，CPU性能極高，因此能夠極大地提高交流伺服機的響應(yīng)性；②具備了RS-422與RS-232串行的通信功能，在裝置伺服設(shè)置軟件后就可在個人計算機上進行狀態(tài)顯示、試運行、增益調(diào)整以及參數(shù)設(shè)置等多種操作；③具有較強的適應(yīng)性，電機各類型編碼器均能夠支持BAS模式，另加電池到伺服放大器上之后可組成絕對位置系統(tǒng)，適應(yīng)不同的控制需求；④當(dāng)原點進行回歸設(shè)置后，并不需要再次進行發(fā)生警報器的原點回歸設(shè)置就能夠恢復(fù)正常工作，因此可提高加工的效率；⑤具備機械性能分析、自動調(diào)節(jié)等多種功能，能夠?qū)崿F(xiàn)增益搜索、抑制機械振動等功能，不僅操作方便，還能夠自動尋找最佳的增益值。

1.2 電機控制系統(tǒng)

交流伺服電機分有異步型與同步型兩類，前者的控制系統(tǒng)較為簡單；后者結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由電機驅(qū)動、電源管理、人機交互、伺服電機、信號處理控制、信號調(diào)理采集以及通訊等幾大模塊組成。電機驅(qū)動采取IGBT，可通過對IGBT的關(guān)斷與導(dǎo)通進行改變以進行電機運作的控制。同時為了更好地進行電機力矩的精確控制以及過載運作的保護，應(yīng)做好電機電流以及三相電流的實時監(jiān)測，由AD進行反饋信息轉(zhuǎn)換并輸入主控芯片，以更好地控制電機的運作。

以前端加工的流程為例：①將線束切斷后需將倒退搬送夾一段距離并旋轉(zhuǎn)12 °到達剝皮臺位置，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的剝皮長度進行搬送夾前進操作；②在線束上切入剝皮刀，然后倒退搬送夾開始剝皮；③將搬送夾旋轉(zhuǎn)20 °至剝皮檢出裝置，進行芯線檢測，確認(rèn)檢出后繼續(xù)將搬送夾送至壓著臺；④完成壓著操作后將搬送夾退回起點然后開起，最后經(jīng)送線滾軸按設(shè)定長度給出電線。前端加工流程的機械控制，如圖2所示。

2 全自動端子壓著機上交流伺服電機的應(yīng)用

2.1 參數(shù)設(shè)置

MR-J2S需設(shè)置的參數(shù)主要包括脈沖方式、加速時間、電子齒輪等，利用FX2N-1PG控制伺服電機，這一過程需注意脈沖方式的設(shè)置應(yīng)同F(xiàn)X2N-1PG所應(yīng)用的脈沖方式相一致，以免造成錯誤。

2.2 定位模塊與可編輯控制器的選擇

伺服電機的位置控制主要選擇FX2N-1PG（可由F3U擴展形成）作定位模塊，每組1PG均能夠利用伺服電機上的驅(qū)動放大器定量提供的脈沖完成一根獨立軸的準(zhǔn)確定位。MR-J2S伺服放大器中選用的可編程邏輯控制器（PLC）為日本三菱公司最新研發(fā)制造的FX3U小型控制器，組要功能有：①輸出輸入擴展設(shè)備可與FX2N系列輸出輸入擴展設(shè)備相連接；②PLC設(shè)備可直接連線的輸出輸入點可達256點；③可進行RUN/STOP的遠(yuǎn)程操作，極大促進了程序調(diào)試的便利；④內(nèi)置RAM內(nèi)存為64K步；⑤定位控制指令較豐富，能夠同時進行3根獨立軸的準(zhǔn)確定位。

3 交流伺服電機的優(yōu)化

3.1 軟件優(yōu)化設(shè)計

交流伺服電機是由其驅(qū)動放大器所接受的脈沖數(shù)量決定電氣的位置，在確定滾珠絲桿與編碼器給量后，可對電子齒輪進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，這樣一來，每接收到一個脈沖伺服電機就會就移動0.01 °或者0.01 mm[4]。交流伺服機定位模塊示意圖，如圖3所示。

如圖3中的1#伺服電機，可設(shè)置電機位置參數(shù)為100倍，首次定位至剝皮臺的位置參數(shù)則應(yīng)對應(yīng)設(shè)為12（12×100× 0.01 °=12 °），如果要在啟動單速定位前回到原點，則應(yīng)將以原點為軸點旋轉(zhuǎn)8 °的位置作起始位置，即壓著臺與剝皮臺的絕對位置為53 °、20 °?？赏ㄟ^在FX2N-1PG中設(shè)置BFM25*以利用單速定位與絕對坐標(biāo)想配合的方式進行伺服電機位置的控制，從而有效地防止累積誤差。在程序中可用FORM指令讀取伺服電機的當(dāng)前位置信息并存入D100，然后再分別通各目標(biāo)位置展開對比，對比結(jié)果一致才可與相對應(yīng)的中間繼電器相接通，如能完成8 °定位表示M100接通，然后可繼續(xù)寫入20 °的定位數(shù)據(jù)，再完成20 °定位后繼續(xù)寫入53 °定位數(shù)據(jù)，以此循環(huán)。定位完成的標(biāo)志位為M288，再完成每次定位之后都會自動連上，M258為啟動單速定位，每次完成定位后會有一段時間的延時然后再進入下一次的單速定位，但程序進行到最后時可采取調(diào)轉(zhuǎn)指令跳轉(zhuǎn)會第一次設(shè)置的定位執(zhí)行處，達到程序循環(huán)的效果。

3.2 回原點優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)交流伺服電機的回原點是由兩個位置開關(guān)或者一個較長的DOG開關(guān)完成伺服電機由高速運行減速到臨界速度v的，伺服電機以臨界速度停車后可以在每次完成定位后調(diào)回同一個位置，保證精確回原，如圖4所示。但是傳統(tǒng)控制方式需要電機爬行較長的一段距離才能回原，因此可以對伺服電機回原控制方式進行一定的優(yōu)化設(shè)計，在確保精確回原的前提下提升回原的效率?？稍贔X2N-1PG系統(tǒng)定位模塊中將DOGG開關(guān)設(shè)為兩個目標(biāo)參數(shù)，DOG開關(guān)調(diào)整為ON的時候伺服電機便開始減速，然后調(diào)至OFF時立即停車，如圖4（1）所示。其原理是發(fā)出回原點指令之后，伺服電機以高速v1回到原點，接受到近原點信號時DOG開關(guān)自動調(diào)為ON并開始減速，達到指定停車點時調(diào)為OFF則伺服電機會立即停止，無需經(jīng)過爬行。這樣不僅能夠確保交流伺服電機回原點的高效性與精確性，還具有極高的穩(wěn)定性，相較于傳統(tǒng)回原點具有明顯的優(yōu)勢。

4 結(jié) 語

交流伺服電機具有穩(wěn)定性高、振動小、精度高等多種優(yōu)點，隨著工業(yè)控制技術(shù)、電子技術(shù)以及電力技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電機也得到了良好地發(fā)展，并逐漸替代直流電動機成為現(xiàn)代數(shù)控機床的主要交流伺服驅(qū)動方式。在全自動端子壓著機線束加工中應(yīng)用交流伺服電機能夠有效地提高加工的效率與精度，工業(yè)使用性極強。

參考文獻：

[1] 李泳龍.永宏P(guān)LC在全自動端子壓著機上的應(yīng)用[J].PLC&FA，2013，（8）.

[2] 范淑琴，趙升噸，陳超，等.交流伺服電機直驅(qū)液壓機傳動系統(tǒng)研究綜 述[J].精密成形工程，2015，（2）.

[3] 張航.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交流伺服電機控制系統(tǒng)[J].中國新通信，2016，（1）.

[4] 宋春宇，李陟升.交流伺服電機在全自動端子壓著機上的應(yīng)用[J].電機 與控制應(yīng)用，2011，（6）.