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      在汽车制造企业中,车身焊接生产线是一条关键的生产线,这条生产线决定车身焊接车间乃至整个企业的生产能力、产品质量和产品的多样化。广州本田汽车有限公司年产24万轿车的自动化焊接生产线是一条贯通式流水线,全线5个全自动工位:车身地板搬送工位、车身部件预装配工位、自动焊接工位、车身卸载工位和车身夹具切换工位。该自动生产线全面采用了日本安川公司的MP920伺服系统,极大地提高了工装夹具的定位精度和生产线的柔性化程度。

  從MP920伺服系統的硬件體系結構、控制原理、控制程序設計以及系統調試等幾方面介紹該生産線中的伺服系統,研究柔性自動化生産線中伺服控制系統的應用。


  1 伺服系统硬件配置

      考虑系统的信息处理量大,为了降低PLC的信息处理负担,提高控制器之问的独立性,系统采用了分层的体系结构,第一层为主控PLC,第二层为伺服控制器,两个控制层之间采用现场总线进行通信。

      主控PLC是整条生产线的逻辑处理中心,它一方面协调控制现场各种设备按照工艺顺序要求工作,另一方面向上层监控设备实时发送生产和设备状态信息。主控PLC选用OMRON公司的CS1H.CPU65型PLC系统。伺服系统采用日本安川电机公司的MP920伺服系统,该伺服系统由伺服控制器,伺服驱动器和伺服電機组成,其中伺服控制器是整条生产线的运动控制核心,控制伺服電機按照工艺要求精确运动,同时还通过现场总线DeviceNet将伺服系统的状态信息反馈给主控PLC。伺服控制器选用MP920可编程控制器专门用于控制直线型伺服電機系统。伺服驱动器选用Σ系列SGDB型伺服驱动器,伺服電機选用Σ系列SGM型伺服電機。在车身自动焊接生产线中使用了3套MP920系统来控制了18个伺服電機。


  2 MP920控制器工作原理

  2.1 MP920控制器构成

  在MP920系統中,CPU模塊(MP920)主要起數據處理(邏輯處理和運動處理)的作用,並向運動控制單元(SVB一01)發送運動指令,並根據反饋信息作進一步處理。運動控制單元主要進行指令處理和運動狀態處理,通過Mechatrolink總線每個單元最多能單獨控制l4個軸。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制,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協議與主控PLC進行數據交換,進行協同工作,完成整線的控制。

  2.2 MP920控制器参数设定

  運動控制單元內部有三類參數: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制命令,在系統運行時可以實時更改;監控參數由與伺服馬達相連的編碼器反饋到運動控制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爲參考。CPU單元對運動控制單元的控制是通過其I/O端口與運動控制單元的參數相互對應建立的。爲建立這種聯系,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存,同時將伺服控制命令寫入到運動控制單元的設定參數中,實現對運動控制單元的控制。

      2.3 MP920控制程序设计

  MP920伺服控制器通過循環掃描用戶程序來進行控制,用戶程序由視圖、函數和運動程序組成。其中視圖與函數主要用于完成順序邏輯控制,運動程序用于電機的運動控制。爲了節省系統資源,將視圖分爲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,約爲0.4ms,用于處理實時性很強的伺服控制任務,是整個程序的主體,在其中調用運動程序實現對電機的精確控制;低速掃描視圖掃描周期遠低于高速掃描視圖,在程序系統中用于處理實時性要求較低的錯誤和警報。

  伺服系統控制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制程序。系統上電之後,CPU就同時開始高速掃描與低速掃描兩個獨立的掃描過程,並在高速掃描過程中調用運動程序來進行運動控制。


      3 调试结果分析

  伺服系統調整主要調整系統的速度回路增益、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,在系統不發生上沖或振動的範圍內逐步提高位置回路增益。

  第三步,根據定位調整時間、機械系統的振動等情況設定速度回路積分時間常數。

  第四步,如果機械系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,觀察系統響應並對各個參數進行微調,進行參數優化。


  在實際生産中,該自動焊接生産線的伺服系統運行穩定可靠,滿足了高品質轎車車身焊接工藝的需要,爲廣州本田年産24萬轎車發揮了決定性作用。該伺服系統運動平穩且定位速度快,使得整條生産線的節奏控制在45、7秒,最大程度上發揮了機械的效率。該系統的成功在于系統設計上采用了分層的體系結構和邏輯控制與運動控制相結合的控制方式。隨著中國汽車工業的快速發展,尤其是對車身質量、産量和成本的要求不斷提高,伺服系統必將在汽車車身自動焊接生産線上廣泛應用。


2016年01月07日

MP運動控制器在數控鋼筋彎箍機中的應用
安川運動控制系統在間歇式印刷機上的應用

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