浅谈DNET网络控制伺服气缸在工业设备上的应用

李巍 宋健

(上海通用(沈阳)北盛汽车有限公司,辽宁沈阳 110025)

浅谈DNET网络控制伺服气缸在工业设备上的应用

李巍 宋健

(上海通用(沈阳)北盛汽车有限公司,辽宁沈阳 110025)

伺服气缸以标准气缸为主体,以电子气缸定位器为核心,并且通过给定的标准模拟电信号完成对气缸拉杆伸出0-100%的全过程的连续模拟控制。伺服气缸控制器通过一个开放的网络实现底层设备直接和上层控制器进行通信,无需通过大量硬接线与I/O模块连接。

伺服气缸 比例阀 模拟信号 DeviceNet通讯 控制器

随着工业自动化技术的发展，传统气动系统只能在两个机械设定位可靠定位并且运行速度只能靠单向节流阀设定的状况已经无法满足许多设备的自动控制要求。因此，伺服气缸的电气比例和伺服控制定位系统得到了广泛的应用。因为采用伺服气缸定位系统可非常方便地实现多点无级定位和无级调速，达到减少气缸的动作时间，提升生产效率。本文介绍伺服气缸技术在通用汽车仪表板机械臂设备上的应用。

图1

图2

1 伺服气缸控制系统介绍

(1)伺服气缸控制系统组成：该控制系统由控制器、气缸、比例阀、位移传感器进行闭环控制，定位精准，运行稳定。(2)伺服气缸工作原理：如下图所示，伺服汽缸以标准气缸为主体，以电子气缸定位器为核心，并且通过给定的标准模拟电信号完成对气缸拉杆伸出0-100%的全过程的连续模拟控制。该系统的基本原理是通过控制放大器、电—气比例阀、气缸的调节作用，使输入电压信号Ue与气缸位移反馈信号Uf(Uf与气缸位移之间是线性关系)之差U减小并趋于零，以实现气缸位移对输入信号的跟踪。调节过程如下：若给定的输入信号Uf大于反馈信号Uf，U＞0，控制放大器输出电流I增大，使-电—气比例阀的阀芯左移，气源口与A口之间的节流面积增大，气缸A腔的压力Pa升高并推动活塞右移。气缸活塞的右移又使反馈电压信号Uf增大，因此电压偏差U减小，直至U几乎为零(采用PID调节的控制放大器可将稳态偏差调节至零)。当给定的输入信号小于反馈信号Uf时，U＜0，同样通过类似于上述的调节过程使偏差趋于零。因此在稳定时，U=0即Ue=Uf=KX(K为常数)这就实现了输入信号Uf对气缸活塞位移X的比例控制。上述的调节过程是在一段很短的时间内完成的，故只要输入信号Ue的主要频率分量在系统的频宽之内，气缸活塞位移就可以跟踪Ue的变化(图1）。

2 伺服气缸在仪表板机械臂上的应用

(1)仪表板机械臂将仪表板总成抓取并运送到车内完成拼合操作，过程中设备需要频繁升降并且需要精准定位。现场机械臂设备的升降机构采用伺服气缸系统进行升降控制，该控制系统使用最新型的集成控制器，可通过Devicenet网络通讯来接受并反馈状态控制参数，电气控制采用Dnet网络控制，减少电缆的使用数量，降低设备故障率[1]。无需使用者掌握复杂的控制技术和气体力学等方面知识即可操作气动伺服定位系统并对控制参数的设定进行调整。(2)该系列伺服气缸控制器具备Dnet网络控制功能，它使控制数据能够同时到达网上的各个站点单元，网络利用率高；一般采用Polled轮询模式进行数据读取[2]，在每个扫描周期都对设备进行扫描，使现场设备与控制器进行闭环通讯[3]。DeviceNet现场总线的开放性、低廉性、可靠性、高效性的优点特别适合于高实时性要求的工业现场的底层设备控制。这些优点都为更高的生产率提供了有力保障。如图2所示。

3 DNET网络控制伺服气缸的优势

经过实际应用，在汽车工厂应用DNET网络控制伺服气缸有很多值得借鉴的优点：(1)接线简单，控制方便。(2)定位精准，响应速度快，稳定性高。(3)具有诊断功能，伺服控制系统出现故障均有反馈信息。(4)DeviceNet现场总线技术在安全生产、提升效率等方面发挥了重要的作用，设备和网络具备优越的灵活性、可维护性和可扩展性，更为突出的是，工控系统与网络通信技术的结合，给企业带来了经济和社会效益。

[1]罗克韦尔.培训资料Allen-Bradley DeviceNet电缆系统 (Cat. No.DN-6.7.2).

[2]张华.Allen-Bradley DeviceNet网络组态Lab7-2.

[3]Jerome.CCR通用汽车标准.lab3-6.

李巍(1963—),男,辽宁省沈阳人,自动化专业,维修经理,从事制造业设备运维管理工作;

宋健(1984—),男,辽宁省沈阳人,电气自动化专业,工程师,从事制造业设备运行技术研究工作。