浅谈变频器在伺服转台上的应用

2017-08-10

中国设备工程 2017年15期

关键词：工位编码器工装

（上海汽车集团股份有限公司乘用车公司，上海 200000）

浅谈变频器在伺服转台上的应用

牛志兵

（上海汽车集团股份有限公司乘用车公司，上海 200000）

介绍了基于AB PF755变频器用于汽车焊接车间转台的伺服控制。

变频器；伺服控制；转台

汽车制造技术发展到今天，其生产线的自动化水平越来越高，自动化水平提高为生产节拍奠定了基础。全自动化高节拍生产对工件、工装的快速、精准定位又提出更高的要求。本文主要介绍车身车间生产线利用AB PF755系列变频器控制TUNKERS伺服转台，实现高节拍要求下达到低成本、高自动化、快速、精准定位的要求。

1 伺服转台的主要应用概述

如图一所示，下图中FE010工位为TUNKERS伺服转台，伺服转台上安装正反两面工装夹具，OP1、OP2是两个上件工位，R1、R2、R3为焊接、搬运机器人。工作流程为OP1、OP2工位人工将待加工工件放入伺服转台上的工装上并夹紧，转台转动180度并准确定位后，R1、R2机器人开始焊接工作，同时两个人工工位在转台的另一面的工装上进行上件。焊接完成后R3机器人从转台的夹具上把工件抓走并放到FE020工位焊接，此时转台的另一面的上件工作也已完成，转台可以转回180度，工位可以开始下一循环的工作。

2 控制系统构造和特点

图1 工位布置

该项目控制系统采用AB Guard Logix L63S控制器，现场总线采用Device Net总线，PowerFlex755系列变频器采用模块化设计，其中的I/O模块、安全模块、编码器接口卡、网络通讯模块为根据项目需求进行选配。其中编码器接口卡选择支持SSI接口的绝对值模块，网络通讯模块选择支持Device Net总线的通讯卡，整个系统的核心配置尽量选择了AB 的集成架构基础上的产品，确保系统控制、通讯无缝连接，安全可靠。控制系统架构如图2所示。

图2 控制系统架构

为了使伺服转台在高转动惯量的状态中能够精确定位，对驱动设备提出了更高的要求，不仅要有很强的动态性能，还要有准确的位置控制能力。这种具备很强性能的伺服型变频器正是应用了PowerFlex775系列变频器，为了形成伺服控制效果，可以利用永磁电机直接驱动的方式，也可以利用普通交流异步电机直接驱动的方式。这种变频器之所以能达到良好的伺服控制效果是因为控制系统中有两个闭环，其中位置环就是外环，速度环就是内环，要确保位置控制的精确性，并要保证能够对速度产生闭环控制，通过这两种因素能够使定位更加精准并且还能具备稳定的速度。针对这一原理，结合转台为水平转动对转动速度无严格控制要求，转台上安装了数吨工装夹具的高转动惯量的特点，但本项目伺服转台要求高精确的位置定位，故系统仅采取单编码器控制方式，位置反馈采用多圈绝对值旋转编码器直接接入PowerFlex755变频器的Universal反馈卡；速度控制为PLC直接给定的开环控制方式。

表1

因该项目中的伺服转台要求定位非常准确，转台到位后工装来回摆动量小。如果使用PLC控制变频器完全进行控制，将会因为时间较长的总线网络扫描使PLC程序扫描周期边长，这会对位置控制系统的精准度造成很大影响，PLC指令传到变频器的时间过长，使转台超程情况产生。因为PowerFlex755变频器本身具有DeviceLogix功能，所以变频器具有逻辑运用能力，变频器本身包含的编码器能够将位置反馈至和实时速度通过反馈卡得以体现出来，并能够在PID调节器中进行运算和调试，减少与控制系统之间的差距，从而能够将稳定的动态性能赋予给控制系统。基于上述PowerFlex755变频器的DeviceLogix功能，本项目中以下逻辑进行了优化控制。

2.1 转台位置控制的启动和停止

当启动伺服转台时，转台位置控制被变频器内部逻辑开启；转台停止工作时，要看变频器内部逻辑的实时位置值和停止时的位置值，将两种数值进行对比才能确定。

2.2 转台加减速控制

在变频器中设定电机给定的高低速的判断位置条件，变频器从旋转编码器中获位置反馈数据，在满足设定的高低速条件是，变频器自动切换对电机高低速度的给定。

2.3 转台电机抱闸控制

转台定位的准确性取决于转台电机抱闸控制，并且如果发生超程情况或者晃动非常明显的情况都会对转台电机抱闸控制产生影响，故电机的抱闸采用了变频器直接控制方式。

2.4 停止位置的监控

转台到位后，由于有人工上件，机器人焊接等工作，会对转台施加一些转动的力。故在PLC中又设定了一个转台位置的监控值，此监控值范围比停止位置的值放大了许多，防止转台在到位后外力施加在转台上产生误报警。

2.5 转动速度给定

其他变频器控制如变频速度控制方式的速度给定值，位置控制过程中的速度上下限制值，位置控制方式的加速度和减速度时间参数不需要及时显示出来，通过PLC来控制。