《電子技術(shù)應(yīng)用》
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光纖連接器研磨機(jī)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
喻偉闖 羅曉曙 楊春慧
來(lái)源:電子設(shè)計(jì)工程
摘要: 光纖連接器是光纖通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的光無(wú)源器件,其核心部件是光纖插針。光纖連接器制造過(guò)程中的一道重要工序就是利用光纖連接器研磨機(jī)對(duì)陶瓷插針端面進(jìn)行研磨。為了使光纖插針端面與研磨砂輪按要求接觸研磨。涉及到研磨機(jī)操作臺(tái)X、Y、A3個(gè)軸方向上的重復(fù)定位運(yùn)動(dòng)控制。伺服控制系統(tǒng)是光纖連接器研磨機(jī)的一個(gè)重要組成部分。
Abstract:
Key words :

        光纖連接器是光纖通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的光無(wú)源器件,其核心部件是光纖插針。光纖連接器制造過(guò)程中的一道重要工序就是利用光纖連接器研磨機(jī)對(duì)陶瓷插針端面進(jìn)行研磨。為了使光纖插針端面與研磨砂輪按要求接觸研磨。涉及到研磨機(jī)操作臺(tái)X、Y、A3個(gè)軸方向上的重復(fù)定位運(yùn)動(dòng)控制。伺服控制系統(tǒng)是光纖連接器研磨機(jī)的一個(gè)重要組成部分。
       伺服電機(jī)能將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移或角速度輸出,具有運(yùn)行穩(wěn)定、無(wú)自傳和快速響應(yīng)等特性,在伺服控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。
     
        ED200伺服放大器是一種智能化的伺服電機(jī)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(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力:觸摸屏的使用可以提供清晰的人機(jī)操作界面。
     
本設(shè)計(jì)的研磨機(jī)伺服控制系統(tǒng)由伺服電機(jī)、ED200伺服放大器、PLC和觸摸屏4部分組成,將它們的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),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(lái)控制被控制對(duì)象的某種狀態(tài),使其能自動(dòng)地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)變化規(guī)律的一種自動(dòng)控制系統(tǒng)。由于光纖連接器插針的芯徑很細(xì),為了按照倒角要求研磨出較理想的端面,操作臺(tái)X、Y、A3個(gè)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(shí)現(xiàn)高精度、高速度和穩(wěn)定進(jìn)給,能很好滿(mǎn)足系統(tǒng)的控制要求。光纖連接器研磨機(jī)伺服控制系統(tǒng)是一個(gè)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(jìn)行比較,自動(dòng)對(duì)位置環(huán)參數(shù)、速度環(huán)參數(shù)、電流環(huán)參數(shù)以及勵(lì)磁參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使目標(biāo)位置與實(shí)際位置趨于一致,從而達(dá)到精確定位的目的。

      2 伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)
      2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
      本設(shè)計(jì)在硬件上選用Kinco公司的S23型兩相伺服電機(jī)、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(guò)程中涉及到水平、垂直和旋轉(zhuǎn)3種運(yùn)動(dòng),分別由X、Y、A 3個(gè)軸的伺服電機(jī)和伺服放大器控制。3個(gè)軸的連接與控制方式類(lèi)似,圖中為PLC與一個(gè)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(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)、控制、總線(xiàn)、I/O等功能,內(nèi)部可以存儲(chǔ)256段程序,每段程序又都可以存儲(chǔ)一種運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn),包含加速度、減速度、最大速度、目標(biāo)位置等重要的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)參數(shù),通過(guò)8個(gè)I/O口,實(shí)現(xiàn)最多128種運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)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(chǔ)的256段程序并通過(guò)觸摸屏人機(jī)界面的數(shù)據(jù)輸入窗口直接修改驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部系統(tǒng)參數(shù)。
      2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
      研磨機(jī)伺服系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括ED200內(nèi)部對(duì)象(目標(biāo)位置、速度、加速度、減速度、找原點(diǎn)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(zhuān)用編程軟件,采用順序編程(Sequencer Programming)的方法對(duì)放大器內(nèi)部的對(duì)象賦值。由于研磨過(guò)程多次涉及到定位,因而工作模式選用位置控制模式(絕對(duì)/相對(duì)位置模式),該模式下要定義的對(duì)象如表l所示。
 
     
ED200伺服驅(qū)動(dòng)器每段程序都有一個(gè)相應(yīng)的程序段號(hào),在其列表內(nèi)最多包含8個(gè)具有讀寫(xiě)(RW)屬性的對(duì)象。調(diào)用一段程序后,該程序段內(nèi)的所有指令會(huì)按照從上至下的順序依次執(zhí)行,這就是順序編程思想。
     
圖3是Y軸伺服放大器控制伺服電機(jī)帶動(dòng)操作臺(tái)進(jìn)入入料點(diǎn)的參數(shù)設(shè)定窗口。程序段號(hào)為11,工作模式選擇位置模式中的絕對(duì)位置運(yùn)動(dòng)方式(設(shè)備狀態(tài)字60400010設(shè)定為0X003F),最大速度、加速度、減速以及目標(biāo)位置值分別設(shè)定為30 000、160 000、16 000和40 000。
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(hào)觸發(fā)、內(nèi)部編程設(shè)定的定時(shí)器時(shí)間到、兩個(gè)數(shù)值的比較結(jié)果為真、目標(biāo)位置到達(dá)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(shí),在一個(gè)程序段內(nèi)又可以調(diào)用另外一個(gè)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(hào)所對(duì)應(yīng)的程序段,實(shí)現(xiàn)從輸入口調(diào)用內(nèi)部程序段的功能。設(shè)計(jì)中ED200數(shù)字輸入端口的信號(hào)由PLC提供,這樣就可以通過(guò)PIC間接對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制。
     
光纖連接器插針體研磨的一個(gè)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(guò)PLC信號(hào)觸發(fā)程序段。研磨機(jī)整機(jī)系統(tǒng)由PLC編程控制,PLC采用梯形圖編程方法。
     
ED200支持兩線(xiàn)(半雙工)和4線(xiàn)(全雙工)的RS485通訊。PLC的通訊擴(kuò)展模塊FX2N-485-BD與ED200進(jìn)行RS485通訊,可以實(shí)現(xiàn)兩者間的數(shù)據(jù)交換。PLC程序采用梯形圖編寫(xiě),傳輸數(shù)據(jù)的地址及字節(jié)數(shù)用RS串行通訊指令設(shè)定。接入觸摸屏后,通過(guò)觸摸屏的數(shù)據(jù)輸入窗口可以修改ED200內(nèi)部程序段的目標(biāo)位置值。
      3 軟件調(diào)試
     
ECO2WIN帶有示波器功能,用來(lái)以動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)方式監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)(如速度、位置和電流等),示波器對(duì)判斷電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和調(diào)節(jié)性能有著非常重要的作用,可以直觀地觀察電機(jī)的過(guò)沖、過(guò)載以及速度平穩(wěn)性。圖5為A軸電機(jī)速度和位置的監(jiān)控曲線(xiàn)。從圖5中可以看出,A軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的最大速度為10 000 inc/s,最大位移為4 000 inc,工作模式為-1,通道l設(shè)定為“Actual position”,為速度曲線(xiàn)。通道2設(shè)定為“Ac-tual velocity”,為位移曲線(xiàn)。

      4 結(jié)束語(yǔ)
     
光纖連接器插針體端面加工屬于高精密研磨,對(duì)研磨機(jī)伺服控制系統(tǒng)的定位精度提出了極高要求。本設(shè)計(jì)將ED200伺服驅(qū)動(dòng)器、PLC和觸摸屏運(yùn)用于光纖連接器研磨機(jī)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(jì)選用ED200伺服放大器,編程簡(jiǎn)單,便于PLC控制。此外,利用通訊擴(kuò)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(guò)觸摸屏修改,靈活方便。實(shí)際結(jié)果表明,該系統(tǒng)應(yīng)用于光纖連機(jī)器研磨機(jī)后,整機(jī)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。
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