機(jī)電一體化集成裝配裝置電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究

何慧凡

摘 要：隨著我國工業(yè)自動化、智能化與現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程的逐年推進(jìn)，機(jī)械制造業(yè)的自動化水平已經(jīng)躍升到一個新的高度，尤其是機(jī)電一體化集成裝配裝置在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅解決了生產(chǎn)效率低、投入成本高、產(chǎn)品質(zhì)量差的問題，而且也實(shí)現(xiàn)了“中國制造”向“中國智造”的平穩(wěn)過渡。因此，本文通過對西門子840D與FM-NC兩套數(shù)控系統(tǒng)采取的優(yōu)化與改進(jìn)措施，圍繞機(jī)電一體化集成裝配裝置的實(shí)際應(yīng)用效果予以闡述。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;集成裝配;電氣控制;優(yōu)化措施

機(jī)電一體化集成裝配裝置主要承擔(dān)著各種機(jī)械零部件的自動裝配任務(wù)，一方面，該裝置能夠根據(jù)程序指令準(zhǔn)確抓取工件，并結(jié)合生產(chǎn)工藝參數(shù)對產(chǎn)品的精度與質(zhì)量進(jìn)行校驗(yàn)與調(diào)整，但是，這種裝置在取代人工操作的同時(shí)，其加工生產(chǎn)過程的安全可靠性則成為機(jī)械制造企業(yè)首先需要解決的問題。在這種情況之下，對裝配裝置的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與改造則顯得尤為重要。

1 機(jī)電一體化集成裝配裝置結(jié)構(gòu)組成與工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

在對機(jī)電一體化集成裝配裝置電氣控制系統(tǒng)采取優(yōu)化措施以前，該裝置主要由機(jī)械本體、控制系統(tǒng)、工控機(jī)測量系統(tǒng)、力傳感器系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)以及工裝等結(jié)構(gòu)組成。其中，電氣控制系統(tǒng)主要采用西門子840D與FM-NC數(shù)控系統(tǒng)，分別對數(shù)字軸與模擬軸進(jìn)行有效控制，840D系統(tǒng)主要控制7個數(shù)字軸，控制要素包括運(yùn)動狀態(tài)、通訊傳輸與協(xié)調(diào)控制。而FM-NC系統(tǒng)由于兩個模擬軸的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控[1]。

1.2 工作原理

無論采用哪一種集成裝配系統(tǒng)，其工作原理大體相同，一方面，系統(tǒng)可以完成各種加工零部件的抓、放動作，即把一個零件準(zhǔn)確放置在另一個零件的內(nèi)部，使其組合成一個完整的結(jié)構(gòu)部件。在這抓放工序當(dāng)中，系統(tǒng)需要具備準(zhǔn)確的定位功能、抓取功能、移動功能、放置功能以及信息反饋功能。其中，定位功能是識別工件的準(zhǔn)確位置，抓取功能是確定工件位置后，將工件抓起，移動功能是將工件移動至另一個與之相匹配的工件位置，放置功能是將兩個工件組合在一起，信息反饋功能則是將加工與安裝過程中的錯誤信息直接反饋給終端操作平臺，以便于操作人員及時(shí)做出應(yīng)急處理，該集成裝配裝置執(zhí)行動作的順序。

2 機(jī)電一體化集成裝配裝置電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化措施

2.1 并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)

該裝配裝置的氣動手爪主要完成工件的抓取工作，但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，氣動手爪的張開度與閉合度難以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，以至于給整個生產(chǎn)進(jìn)度造成嚴(yán)重影響。因此，通過對氣動手爪與真空吸取工作原理的分析，設(shè)計(jì)人員對其采取了冗余設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)思路是我對傳輸電路采取雙模塊輸出控制，氣動手爪的閉合信號采用混合并聯(lián)的冗余設(shè)計(jì)，輸出信號所控制的繼電器則采用并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)，而對于繼電器觸點(diǎn)控制電路，則采取串并聯(lián)相結(jié)合的冗余設(shè)計(jì)。這一種冗余設(shè)計(jì)模式使氣動手爪的安全性能得以進(jìn)一步增強(qiáng)。手爪在執(zhí)行張開與閉合動作時(shí)，出現(xiàn)誤動作的概率也明顯下降。

2.2 抗干擾設(shè)計(jì)

與機(jī)電一體化裝配裝置相配套的設(shè)備包括強(qiáng)電設(shè)備與弱電設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，將產(chǎn)生大量的電磁輻射，進(jìn)而給工件的加工精度造成嚴(yán)重影響。為了提高電氣控制系統(tǒng)的抗干擾能力，防止內(nèi)部元器件出現(xiàn)失效現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員基于電氣控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過采取屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)與濾波技術(shù)，來增強(qiáng)系統(tǒng)傳輸信號的穩(wěn)定性。

2.2.1 屏蔽技術(shù)

在電氣控制系統(tǒng)中，電源電纜的電壓通常為380V與220V的常規(guī)電壓，而其余產(chǎn)生高電壓的電纜則可以通過設(shè)置屏蔽層的方法，使電纜本身產(chǎn)生的電磁輻射波無法向外界傳播，這就從根源上切斷了干擾信號的傳輸通道，同時(shí)，這種屏蔽設(shè)計(jì)也對信號傳輸電纜起到良好的保護(hù)作用，進(jìn)而達(dá)到延長設(shè)備使用壽命的目的。

2.2.2 接地技術(shù)

電路在電氣控制系統(tǒng)當(dāng)中扮演著重要角色，但是，如果電路沒有接地，電路本身便不會形成回路，這就增加了電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對該集成裝配裝置，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了保護(hù)地線、工作地線與屏蔽接地。保護(hù)地線的作用是確保電氣控制系統(tǒng)的機(jī)柜以及裝置本體能夠可靠接地。工作地線主主要采取并聯(lián)接地方式，來抵御外界電磁波干擾，屏蔽接地則是將所有屏蔽電纜的屏蔽層與接地銅排予以連接，這就給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)置了一道堅(jiān)固的安全防護(hù)屏障[2]。

2.2.3 應(yīng)用濾波技術(shù)

濾波技術(shù)主要是指在運(yùn)行軟件當(dāng)中對采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行電磁兼容消除干擾的處理技術(shù)，其中，濾波器是該技術(shù)的核心裝置，主要由電感、電容、電阻以及鐵氧體元器件組成。應(yīng)用濾波技術(shù)可以有效的阻止一些非必要頻率的傳播，進(jìn)而保障電氣控制系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。另外，由于供電電網(wǎng)產(chǎn)生的電磁噪聲也會對控制系統(tǒng)造成影響，因此，設(shè)計(jì)人員在840D數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)的電源前端也安裝了濾波器，這就在電磁輻射波與電氣控制系統(tǒng)間設(shè)置了一道防火墻，進(jìn)而截?cái)嗔穗姶泡椛洳ǖ膫鬏斖ǖ馈?/p>

2.3 熱設(shè)計(jì)

在機(jī)械制造領(lǐng)域，制造電子元器件的材料大多數(shù)都會標(biāo)識一個溫度極限，在生產(chǎn)加工過程中，如果加工溫度超過了這一極限，材料的物理性能就會發(fā)生改變，在這種情況下，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，其功能性就會受到嚴(yán)重影響，尤其在具體應(yīng)用時(shí)，極易縮短設(shè)備的使用壽命。針對這種情況，設(shè)計(jì)人員遵循熱設(shè)計(jì)原理，針對電氣控制系統(tǒng)中的控制機(jī)柜采取了強(qiáng)制制冷與冷卻的設(shè)計(jì)思路，通過加裝冷卻風(fēng)扇與空氣過濾器的方法，來強(qiáng)行降低控制機(jī)柜內(nèi)部的運(yùn)行溫度，這種強(qiáng)制制冷措施，不僅保護(hù)了系統(tǒng)內(nèi)部的元器件，而且產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量缺陷的概率也大幅降低。

結(jié)束語：

通過對機(jī)電一體化集成裝配裝置電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)，不僅提高了作業(yè)生產(chǎn)效率，同時(shí)，也給企業(yè)節(jié)省了大量的設(shè)備維修保養(yǎng)資金。因此，技術(shù)人員在實(shí)際工作當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)不斷摸索、加強(qiáng)學(xué)習(xí)，并積極借鑒一些成功的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與應(yīng)用案例，在保障電氣控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，為社會各領(lǐng)域制造和生產(chǎn)更多的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡亮亮，易義寧，藍(lán)學(xué). 機(jī)電一體化集成裝配裝置電氣控制系統(tǒng)的 優(yōu)化研究[J]. 科技資訊，2019，17（6）：24-25.

[2] 嚴(yán)登梅. 機(jī)電一體化集成裝配裝置的電氣系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)[J]. 中國機(jī)械，2019（4）：20-21.