（上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車公司，上海 200000）

淺談變頻器在伺服轉(zhuǎn)臺(tái)上的應(yīng)用

牛志兵

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車公司，上海 200000）

介紹了基于AB PF755變頻器用于汽車焊接車間轉(zhuǎn)臺(tái)的伺服控制。

變頻器；伺服控制；轉(zhuǎn)臺(tái)

汽車制造技術(shù)發(fā)展到今天，其生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平越來越高，自動(dòng)化水平提高為生產(chǎn)節(jié)拍奠定了基礎(chǔ)。全自動(dòng)化高節(jié)拍生產(chǎn)對(duì)工件、工裝的快速、精準(zhǔn)定位又提出更高的要求。本文主要介紹車身車間生產(chǎn)線利用AB PF755系列變頻器控制TUNKERS伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高節(jié)拍要求下達(dá)到低成本、高自動(dòng)化、快速、精準(zhǔn)定位的要求。

1 伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的主要應(yīng)用概述

如圖一所示，下圖中FE010工位為TUNKERS伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，伺服轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝正反兩面工裝夾具，OP1、OP2是兩個(gè)上件工位，R1、R2、R3為焊接、搬運(yùn)機(jī)器人。工作流程為OP1、OP2工位人工將待加工工件放入伺服轉(zhuǎn)臺(tái)上的工裝上并夾緊，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)180度并準(zhǔn)確定位后，R1、R2機(jī)器人開始焊接工作，同時(shí)兩個(gè)人工工位在轉(zhuǎn)臺(tái)的另一面的工裝上進(jìn)行上件。焊接完成后R3機(jī)器人從轉(zhuǎn)臺(tái)的夾具上把工件抓走并放到FE020工位焊接，此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的另一面的上件工作也已完成，轉(zhuǎn)臺(tái)可以轉(zhuǎn)回180度，工位可以開始下一循環(huán)的工作。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)造和特點(diǎn)

圖1 工位布置

該項(xiàng)目控制系統(tǒng)采用AB Guard Logix L63S控制器，現(xiàn)場(chǎng)總線采用Device Net總線，PowerFlex755系列變頻器采用模塊化設(shè)計(jì)，其中的I/O模塊、安全模塊、編碼器接口卡、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊為根據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)行選配。其中編碼器接口卡選擇支持SSI接口的絕對(duì)值模塊，網(wǎng)絡(luò)通訊模塊選擇支持Device Net總線的通訊卡，整個(gè)系統(tǒng)的核心配置盡量選擇了AB 的集成架構(gòu)基礎(chǔ)上的產(chǎn)品，確保系統(tǒng)控制、通訊無縫連接，安全可靠。控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)架構(gòu)

為了使伺服轉(zhuǎn)臺(tái)在高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的狀態(tài)中能夠精確定位，對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備提出了更高的要求，不僅要有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性能，還要有準(zhǔn)確的位置控制能力。這種具備很強(qiáng)性能的伺服型變頻器正是應(yīng)用了PowerFlex775系列變頻器，為了形成伺服控制效果，可以利用永磁電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式，也可以利用普通交流異步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式。這種變頻器之所以能達(dá)到良好的伺服控制效果是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)中有兩個(gè)閉環(huán)，其中位置環(huán)就是外環(huán)，速度環(huán)就是內(nèi)環(huán)，要確保位置控制的精確性，并要保證能夠?qū)λ俣犬a(chǎn)生閉環(huán)控制，通過這兩種因素能夠使定位更加精準(zhǔn)并且還能具備穩(wěn)定的速度。針對(duì)這一原理，結(jié)合轉(zhuǎn)臺(tái)為水平轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度無嚴(yán)格控制要求，轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝了數(shù)噸工裝夾具的高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的特點(diǎn)，但本項(xiàng)目伺服轉(zhuǎn)臺(tái)要求高精確的位置定位，故系統(tǒng)僅采取單編碼器控制方式，位置反饋采用多圈絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器直接接入PowerFlex755變頻器的Universal反饋卡；速度控制為PLC直接給定的開環(huán)控制方式。

表1

因該項(xiàng)目中的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)要求定位非常準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)臺(tái)到位后工裝來回?cái)[動(dòng)量小。如果使用PLC控制變頻器完全進(jìn)行控制，將會(huì)因?yàn)闀r(shí)間較長的總線網(wǎng)絡(luò)掃描使PLC程序掃描周期邊長，這會(huì)對(duì)位置控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度造成很大影響，PLC指令傳到變頻器的時(shí)間過長，使轉(zhuǎn)臺(tái)超程情況產(chǎn)生。因?yàn)镻owerFlex755變頻器本身具有DeviceLogix功能，所以變頻器具有邏輯運(yùn)用能力，變頻器本身包含的編碼器能夠?qū)⑽恢梅答佒梁蛯?shí)時(shí)速度通過反饋卡得以體現(xiàn)出來，并能夠在PID調(diào)節(jié)器中進(jìn)行運(yùn)算和調(diào)試，減少與控制系統(tǒng)之間的差距，從而能夠?qū)⒎€(wěn)定的動(dòng)態(tài)性能賦予給控制系統(tǒng)?；谏鲜鯬owerFlex755變頻器的DeviceLogix功能，本項(xiàng)目中以下邏輯進(jìn)行了優(yōu)化控制。

2.1 轉(zhuǎn)臺(tái)位置控制的啟動(dòng)和停止

當(dāng)啟動(dòng)伺服轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)位置控制被變頻器內(nèi)部邏輯開啟；轉(zhuǎn)臺(tái)停止工作時(shí)，要看變頻器內(nèi)部邏輯的實(shí)時(shí)位置值和停止時(shí)的位置值，將兩種數(shù)值進(jìn)行對(duì)比才能確定。

2.2 轉(zhuǎn)臺(tái)加減速控制

在變頻器中設(shè)定電機(jī)給定的高低速的判斷位置條件，變頻器從旋轉(zhuǎn)編碼器中獲位置反饋數(shù)據(jù)，在滿足設(shè)定的高低速條件是，變頻器自動(dòng)切換對(duì)電機(jī)高低速度的給定。

2.3 轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)抱閘控制

轉(zhuǎn)臺(tái)定位的準(zhǔn)確性取決于轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)抱閘控制，并且如果發(fā)生超程情況或者晃動(dòng)非常明顯的情況都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)抱閘控制產(chǎn)生影響，故電機(jī)的抱閘采用了變頻器直接控制方式。

2.4 停止位置的監(jiān)控

轉(zhuǎn)臺(tái)到位后，由于有人工上件，機(jī)器人焊接等工作，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)施加一些轉(zhuǎn)動(dòng)的力。故在PLC中又設(shè)定了一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)位置的監(jiān)控值，此監(jiān)控值范圍比停止位置的值放大了許多，防止轉(zhuǎn)臺(tái)在到位后外力施加在轉(zhuǎn)臺(tái)上產(chǎn)生誤報(bào)警。

2.5 轉(zhuǎn)動(dòng)速度給定

其他變頻器控制如變頻速度控制方式的速度給定值，位置控制過程中的速度上下限制值，位置控制方式的加速度和減速度時(shí)間參數(shù)不需要及時(shí)顯示出來，通過PLC來控制。

3 系統(tǒng)控制參數(shù)設(shè)置

基于轉(zhuǎn)臺(tái)精確位置控制要求，項(xiàng)目在調(diào)試過程中需不斷調(diào)試變頻器中以下參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)通訊穩(wěn)定，轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確如表1。

4 結(jié)語

在當(dāng)前高自動(dòng)化車身車間各類生產(chǎn)線上，傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)的逐漸被伺服轉(zhuǎn)臺(tái)所替代。使用PowerFlex755變頻器控制伺服轉(zhuǎn)臺(tái)可以做到低成本，高效率地實(shí)現(xiàn)控制要求，并且節(jié)約了大量的調(diào)試時(shí)間，實(shí)際使用的故障率也比傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)有所降低。達(dá)到了低成本，高質(zhì)量的項(xiàng)目效果。

TM921.51

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