光纖連接器插針體端面加工屬于高精密研磨,對研磨機伺服控制系統(tǒng)的定位精度提出了極高要求。本設(shè)計將ED200伺服驅(qū)動器、PLC和觸摸屏運用于光纖連接器研磨機伺服控制系統(tǒng)中,極大地提高了光纖連接器研磨效率。設(shè)計選用ED200伺服放大器,編程簡單,便于PLC控制。此外,利用通訊擴展模塊建立了 PLC與ED200間的RS485通訊,系統(tǒng)控制參數(shù)可通過觸摸屏修改,靈活方便。實際結(jié)果表明,該系統(tǒng)應(yīng)用于光纖連機器研磨機后,整機系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定、定位精度高,并且易于操作,提高了生產(chǎn)效率。
ED200伺服放大器是一種智能化的伺服電機控制器,能提供速度、位置和力矩的全數(shù)字化控制。PLC的使用可以提高伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,增強系統(tǒng)的抗干擾能力:觸摸屏的使用可以提供清晰的人機操作界面。
本設(shè)計的研磨機伺服控制系統(tǒng)由伺服電機、ED200伺服放大器、PLC和觸摸屏4部分組成,將它們的優(yōu)點結(jié)合起來,極大地提高了光纖連接器的研磨質(zhì)量和成品率。
1.伺服系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理
伺服系統(tǒng)是用來控制被控制對象的某種狀態(tài),使其能自動地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號變化規(guī)律的一種自動控制系統(tǒng)。由于光纖連接器插針的芯徑很細,為了按照倒角要求研磨出較理想的端面,操作臺X、Y、A 3個軸方向的重復(fù)定位誤差必須控制在一定的范圍內(nèi)。ED200伺服放大器采用高響應(yīng)矢量控制,具有高精度的電流檢出能力,可以實現(xiàn)高精度、高速度和穩(wěn)定進給,能很好滿足系統(tǒng)的控制要求。光纖連接器研磨機伺服控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖1是其閉環(huán)伺服系統(tǒng)框圖,系統(tǒng)將輸出位移與設(shè)定進行比較,自動對位置環(huán)參數(shù)、速度環(huán)參數(shù)、電流環(huán)參數(shù)以及勵磁參數(shù)進行調(diào)整,使目標位置與實際位置趨于一致,從而達到精確定位的目的。
2.伺服系統(tǒng)設(shè)計
2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
本設(shè)計在硬件上選用S23型兩相伺服電機、ED200型伺服放大器以及三菱公司FX2N系列PLC和GOTl000觸摸屏。光纖連接器伺服控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。研磨過程中涉及到水平、垂直和旋轉(zhuǎn)3種運動,分別由X、Y、A 3個軸的伺服電機和伺服放大器控制。3個軸的連接與控制方式類似,圖中為PLC與一個軸的伺服放大器相連的情況。ED200伺服放大器是一款智能型全數(shù)字伺服驅(qū)動器,驅(qū)動器內(nèi)部集成了驅(qū)動、控制、總線、I/O等功能,內(nèi)部可以存儲256段程序,每段程序又都可以存儲一種運動曲線,包含加速度、減速度、最大速度、目標位置等重要的運動曲線參數(shù),通過8個I/O口,實現(xiàn)最多128種運動曲線直接調(diào)用。利用ED200提供的通訊功能,外部控制器PLC可以調(diào)用ED200內(nèi)部存儲的256段程序并通過觸摸屏人機界面的數(shù)據(jù)輸入窗口直接修改驅(qū)動器內(nèi)部系統(tǒng)參數(shù)。
2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
研磨機伺服系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括ED200內(nèi)部對象(目標位置、速度、加速度、減速度、找原點方式以及工作模式等)賦值和PLC編程控制。
ECO2WIN是ED200伺服放大器專用編程軟件,采用順序編程(Sequencer Programming)的方法對放大器內(nèi)部的對象賦值。由于研磨過程多次涉及到定位,因而工作模式選用位置控制模式(絕對/相對位置模式),該模式下要定義的對象如表l所示。
ED200伺服驅(qū)動器每段程序都有一個相應(yīng)的程序段號,在其列表內(nèi)最多包含8個具有讀寫(RW)屬性的對象。調(diào)用一段程序后,該程序段內(nèi)的所有指令會按照從上至下的順序依次執(zhí)行,這就是順序編程思想。
ED200伺服提供的觸發(fā)程序段的控制事件有輸入端口的邊沿信號觸發(fā)、內(nèi)部編程設(shè)定的定時器時間到、兩個數(shù)值的比較結(jié)果為真、目標位置到達等,一些事件可以重復(fù)定義,所以一段程序可以執(zhí)行一次也可以執(zhí)行多次。同時,在一個程序段內(nèi)又可以調(diào)用另外一個程序段。
在EC02WlN軟件的數(shù)字輸入窗口可以設(shè)定ED200數(shù)字輸入端口DINl~DIN8的邊沿信號所對應(yīng)的程序段,實現(xiàn)從輸入口調(diào)用內(nèi)部程序段的功能。設(shè)計中ED200數(shù)字輸入端口的信號由PLC提供,這樣就可以通過PIC間接對伺服電機進行控制。
光纖連接器插針體研磨的一個完整的單周期工序包括入料、研磨、出料以及伺服定位等操作,圖4為系統(tǒng)的軟件流程圖。其中,定位部分主要由ED200伺服放大器內(nèi)部順序編程控制,并且通過PLC信號觸發(fā)程序段。研磨機整機系統(tǒng)由PLC編程控制,PLC采用梯形圖編程方法。
ED200支持兩線(半雙工)和4線(全雙工)的RS485通訊。PLC的通訊擴展模塊FX2N-485-BD與ED200進行RS485通訊,可以實現(xiàn)兩者間的數(shù)據(jù)