一、引言

    上海玉菱鋁塑管包裝有限公司的1臺鋁塑管切割機是1998年投產運行的，其控制系統是通過PLC控制步進電機，這種控制模式已經落后，整個系統存在以下缺點：

    參數的調整和整個系統的調試難度大； 

    繼電器控制，故障率高，維護困難，嚴重制約著生產的穩定運行； 

    產品的廢品率高。

    上海理工大學數控數顯實驗室受其委托，對其設備進行全數字化技術改造，以實現數控加工，提高勞動生產率，降低產品的廢品率。

    二、系統概況

    整個系統的核心是全數字式交流伺服驅動器的輸入、輸出信號通過PLC與觸摸屏的通信，完成對整個系統的自動控制，實現鋁塑管的準確切割（切割誤差小于0.2mm）。其系統框圖如圖1 所示。

圖1 系統框圖

    三、系統設備配置

    根據產品生產的要求，從經濟性的角度出發，選擇控制系統的元器件：

    1、伺服系統器件的選擇

    選用松下大型MINAS V系列的全數字式交流伺服驅動器MDD203AIV（其主要性能指標：適配電機的額定功率為2000W，電源電壓為3相220V，編碼器類型為2500P/R，與驅動器配套使用的交流伺服電機為MDM202A1。

    2、主控系統器件的選擇

    選用松下FPO系列化產品C16T（NPN 型，輸入與輸出均為8個點）

    3、人機交互界面的選擇

    選用我國臺灣的HITECH人機觸摸屏（配有強大的功能軟件ADP3）。

    四、控制系統設計

    控制系統的核心器件是FPOC16T，其輸入信號包括：交流伺服驅動器的輸出信號（編碼器零位脈沖輸出，報警輸出）、色標傳感器信號和變頻器報警信號。其輸出信號包括：交流伺服驅動器的輸入信號（脈沖輸入信號，脈沖方向輸入信號）、變頻器啟動信號及頻率設定選擇信號、高頻焊接信號。PLC的I/O（輸入與輸出）信號分配如圖2所示。

圖2 PLC 輸入和輸出信號分配

    可見，控制系統的核心任務是完成交流伺服驅動器信號的控制。

    五、交流伺服驅動器主控回路設計

    1、主回路

    主回路中驅動器上的U,V,W 及E號端子與伺服電機主回路航空插頭的A,B,C及D號端子必須按次序一一對應地連接，否則有可能使驅動器或伺服電機造成損害。交流伺服驅動器接線端子如圖3所示。

圖3 交流伺服驅動器接線端子

    2、控制回路

    (1) 聯接器CN I/F信號線（50 針）：作為外部控制信號的輸入/輸出。其注意事項是：

    用24V，d.c.的電源，作為控制信號的供電。 

    伺服驅動器與其它設備間的連線應盡量短（3m以內）。 

    控制線與電源線應盡量隔開（大于30cm），并且不要將它們捆在一起或放在同一接線槽內。 

    對于CN I/F 信號線應采用雙絞屏蔽線，并且將屏蔽線與驅動器的信號地（GND）連在一起。

    (2) 聯接器CN SIG信號線（20 針）：作為伺服電機編碼器的連接線。其注意事項是：

    將屏蔽線同CN SIG的GND引腳相連，將電機屏蔽線同驅動器屏蔽線相連接。 

    電纜線最長的長度為20m，若太長，驅動器內保證編碼器正常工作的輸出電壓（5V）會有損失，從而使編碼器不能正常工作。此時應調節伺服驅動器在前面板上的PG電位器，調節PG可使起始電壓在4.75--5.25V之間。 

    同電源線（R，S及T）相隔距離應盡量遠（大于30cm），并且避免捆在一起或接在同一接線槽內。

    六、交流伺服驅動器用戶參數設置

    松下大型MINAS V系列的全數字式交流伺服驅動器MDD203AIV有一系列的參數，通過這些參數的設置和調整，用戶可以改變系統的性能和功能。調試前應首先設置的參數有：

    1、參數No.02：設置驅動器控制方式為“0”―――位置（脈沖）控制方式；

    2、參數No.25：設置指令脈沖分/ 倍頻分子為“10000”；

    3、參數No.26：設置指令脈沖分/ 倍頻分母為“1000”；

    4、參數No.29：設置指令脈沖輸入方式為“3”――― 選擇脈沖串指令輸入及符號輸入。

    注意：在位置控制方式時，通過對No.25及No.26參數的設置，可以很方便的與各種頻率的指令脈沖源相匹配，以達到用戶理想的控制分辨率（即：角度/脈沖）。因二者的值差異過大會造成控制精度下降，所以推薦設 置No.25/No.26（即：電子齒輪比）為：1/50< 電子齒輪比<20。

    在生產線上安裝調試時，伺服電機在停止或運行狀態中會發生振蕩和噪聲，即不能在負載條件下獲得最合適的響應和穩定性，此時需要進行基本增益調整。在位置控制方式時，在工作現場進行基本增益調整的用戶參數有：

    1、設置參數No.03的值至較大值而不至于發生振蕩為止；

    2、設置速度環積分時間常數參數No.04 較小值，其值越小，位置偏差值相減越快；

    3、設置位置環增益參數No.20 較大而不發生振蕩為止；

    4、設置參數No.21，將速度前饋系數設置為最小（0%）。

    增益調整時應注意的事項：

    1、增益的最優值依負載而定，若負載變化，則需要重新調整。

    2、若位置環增益過大，機械剛性較高，有可能導致振蕩。

    3、若采用驅動器的速度環而外加位置環單元，伺服系統的位置環增益會由于速度指令輸入增益參數的改變而改變。

    4、若增益設置值過大，會引起振蕩，這時應減小設置值從而停止振蕩。若不能停止振蕩，則關掉電源和伺服系統信號，然后再開啟電源將增益恢復到較小的值。

    七、結束語

    本自動控制系統經過合適的選型，認真的硬件配置及完善的程序設計，完全滿足鋁塑管準確切割的要求，該系統自2000年5月投入運行至今，一直運轉良好，得到了用戶的好評。