0 引言

在汽車製造企業(ye) 中，車身焊接生產(chan) 線是一條關(guan) 鍵的生產(chan) 線，這條生產(chan) 線決(jue) 定車身焊接車間乃至整個(ge) 企業(ye) 的生產(chan) 能力、產(chan) 品質量和產(chan) 品的多樣化。廣州本田汽車有限公司年產(chan) 24萬(wan) 轎車的自動化焊接生產(chan) 線是一條貫通式流水線，全線5個(ge) 全自動工位：車身地板搬送工位、車身部件預裝配工位、自動焊接工位、車身卸載工位和車身夾具切換工位。該自動生產(chan) 線全麵采用了日本安川公司的MP920伺服係統，極大地提高了工裝夾具的定位精度和生產(chan) 線的柔性化程度。

本文從(cong) MP920伺服係統的硬件體(ti) 係結構、控製原理、控製程序設計以及係統調試等幾方麵介紹該生產(chan) 線中的伺服係統，研究柔性自動化生產(chan) 線中伺服控製係統的應用。

1 伺服係統硬件配置

考慮係統的信息處理量大，為(wei) 了降低PLC的信息處理負擔，提高控製器之問的獨立性，係統采用了分層的體(ti) 係結構，第一層為(wei) 主控PLC，第二層為(wei) 伺服控製器，兩(liang) 個(ge) 控製層之間采用現場總線進行通信。整個(ge) 係統硬件配置如圖1所示。



主控PLC是整條生產(chan) 線的邏輯處理中心，它一方麵協調控製現場各種設備按照工藝順序要求工作，另一方麵向上層監控設備實時發送生產(chan) 和設備狀態信息。主控PLC選用OMRON公司的CS1H．CPU65型PLC係統。伺服係統采用日本安川電機公司的MP920伺服係統，該伺服係統由伺服控製器，伺服驅動器和伺服電機組成，其中伺服控製器是整條生產(chan) 線的運動控製核心，控製伺服電機按照工藝要求精確運動，同時還通過現場總線DeviceNet將伺服係統的狀態信息反饋給主控PLC。伺服控製器選用MP920可編程控製器專(zhuan) 門用於(yu) 控製直線型伺服電機係統。伺服驅動器選用Σ係列SGDB型伺服驅動器，伺服電機選用Σ係列SGM型伺服電機。在車身自動焊接生產(chan) 線中使用了3套MP920係統來控製了18個(ge) 伺服電機。

2 MP920控製器工作原理

2.1 MP920控製器構成

在MP920係統中，CPU模塊（MP920）主要起數據處理（邏輯處理和運動處理）的作用，並向運動控製單元（SVB一01）發送運動指令，並根據反饋信息作進一步處理。運動控製單元主要進行指令處理和運動狀態處理，通過Mechatrolink總線每個(ge) 單元最多能單獨控製l4個(ge) 軸。此單元能預先進行參數設定，根據CPU發送過來的指令進行運動控製，並將運動過程中的各種參數反饋到CPU單元中去。DeviceNet通信單元（260IF）通過Device—Net協議與(yu) 主控PLC進行數據交換，進行協同工作，完成整線的控製。

2．2 MP920控製器參數設定

運動控製單元內(nei) 部有三類參數：固定參數、設定參數和監控參數。其中固定參數包括電機參數、伺服驅動器參數、編碼器參數等固定數據；設定參數用來向伺服驅動器提供伺服控製命令，在係統運行時可以實時更改；監控參數由與(yu) 伺服馬達相連的編碼器反饋到運動控製單元的電機運動狀態數據，這些監控數據可以在運動程序和邏輯程序中作為(wei) 參考。#p#分頁標題#e#CPU單元對運動控製單元的控製是通過其I／O端口與(yu) 運動控製單元的參數相互對應建立的。為(wei) 建立這種聯係，須將CPU單元的輸出I／O端口分配給運動單元的設定參數，輸入I／O端口分配給運動單元的監控參數。CPU單元在進行I／O刷新時將監控參數讀入內(nei) 存，同時將伺服控製命令寫(xie) 入到運動控製單元的設定參數中，實現對運動控製單元的控製。伺服係統的控製原理如圖2所示。



2．3 MP920控製程序設計

MP920伺服控製器通過循環掃描用戶程序來進行控製，用戶程序由視圖、函數和運動程序組成。其中視圖與(yu) 函數主要用於(yu) 完成順序邏輯控製，運動程序用於(yu) 電機的運動控製。為(wei) 了節省係統資源，將視圖分為(wei) 高速掃描程序和低速掃描程序，高速掃描程序的掃描周期很短，約為(wei) 0．4ms，用於(yu) 處理實時性很強的伺服控製任務，是整個(ge) 程序的主體(ti) ，在其中調用運動程序實現對電機的精確控製；低速掃描視圖掃描周期遠低於(yu) 高速掃描視圖，在程序係統中用於(yu) 處理實時性要求較低的錯誤和警報。

伺服係統控製程序采用模塊化編程，各自針對要求不同的應用設計了高速掃描視圖、低速掃描視圖和運動控製程序。係統上電之後，CPU就同時開始高速掃描與(yu) 低速掃描兩(liang) 個(ge) 獨立的掃描過程，並在高速掃描過程中調用運動程序來進行運動控製。低速和高速掃描視圖的流程分別如圖3和圖4所示。





3 調試結果分析

伺服係統調整主要調整係統的速度回路增益、速度回路積分時間常數、位置回路增益和扭矩指令過濾時間常數這幾個(ge) 參數。通常按照下列步驟進行：

第一步，較低地設定位置回路增益，在不發生噪音或振動的範圍內(nei) 逐步提高速度回路增益。

第二步，略微降低第一步中設定的速度回路增益降值，在係統不發生上衝(chong) 或振動的範圍內(nei) 逐步提高位置回路增益。

第三步，根據定位調整時間、機械係統的振動等情況設定速度回路積分時間常數。

第四步，如果機械係統發生的扭曲共振時，適當地提高扭矩指令過濾時間常數。

最後，觀察係統響應並對各個(ge) 參數進行微調，進行參數優(you) 化。

圖5是伺服電機的速度曲線和扭矩曲線。從(cong) 圖中可以看到，第一階段對電機進行速度控製，電機轉速響應很快，轉速由0增加到2000r／m的過程十分平穩。第二階段對電機進行扭矩控製，電機由0增加到50％的額定扭矩響應很快，也沒有出現大的波動。表明按照這個(ge) 方法進行調試是可行的，完全能夠滿足自動化生產(chan) 線的需要。



4 結束語

在實際生產(chan) 中，該自動焊接生產(chan) 線的伺服係統運行穩定可靠，滿足了高品質轎車車身焊接工藝的需要，為(wei) 廣州本田年產(chan) 24萬(wan) 轎車發揮了決(jue) 定性作用。該伺服係統運動平穩且定位速度快，使得整條生產(chan) 線的節奏控製在45、7秒，最大程度上發揮了機械的效率。該係統的成功在於(yu) 係統設計上采用了分層的體(ti) 係結構和邏輯控製與(yu) 運動控製相結合的控製方式。隨著中國汽車工業(ye) 的快速發展，尤其是對車身質量、產(chan) 量和成本的要求不斷提高，伺服係統必將在汽車車身自動焊接生產(chan) 線上廣泛應用。