摘要:討論4臺三菱J3交流伺服系統、4個FX2N-10GM的定位模塊與三菱2N系列的PLC組成的控制系統以及硬軟件的設計，實現對轎車點火鎖耐久性測試，實踐證明，該系統可靠性高、經濟性強。

關鍵詞:交流伺服系統、定位模塊、點火鎖、PLC、夾具

1引言

隨著我國在近幾年汽車工業的飛速發展，各種級別的乘用車走進了千家萬戶，當今的消費者也對車輛的主動安全和被動安全都比以往更加重視。故人們對轎車上的每個零件可靠性都要有更高的要求。

2系統的構成及功能

2.1系統的構成

此試驗檢測設備是對乘用車各種點火鎖進行耐久性試驗。此設備主要包括各類點火鎖夾具、4套交流伺服系統、3個電阻負載箱、1個儀表顯示柜、1個帶人機界面的操作站、三色顯示柱燈。

2.2功能描述

2.2.1一般描述

本點火鎖耐久性試驗設備是對吉利控股集團現有各種乘用車車型點火鎖零件進行耐久性測試，及轉向鎖在產品規定的額定電流和試驗電壓的條件下工作5萬次后，各部分無異常現象發生、絕緣電阻、觸點壓降、鑰匙轉動力矩等均應符合標準的規定（QC/T29029-91國家標準）。

2.2.2詳細描述

1）操作者將3種鑰匙分別安裝在相應的夾具上，并固定牢固、此時各鑰匙的角度基準零度應與3個旋轉軸零點保持一致的位置。

2）系統上電后，分別對4個伺服軸進行電氣回零點，再在觸摸屏上手動點動0軸（主進給軸），直到3種鑰匙的手柄完全伸到3個旋轉的機械手里，記下0軸進給的脈沖數，并將此數輸入到0軸第一次進給脈沖數中，0軸如果沒有第二次進給，則在第二次進給脈沖數中輸入同樣的值（此系統采用絕對位置控制）；在試驗次數中輸入要試驗的次數（標準為5萬次）；具體設置見圖一。

圖一：參數設置1

3）根據各鑰匙的旋轉角度，分別將對應的3個角度所需要的脈沖數輸入到3次進給的參數中；1、2、3軸的回退速度只在有0軸有第二次進給時才設定合適的對應值，以保證0軸與1、2、3軸同步聯動回到指定位置，無此要求時此值可以隨意輸入,具體設置見圖二。

圖二：參數設置2

4）分別啟動各伺服軸，當4個軸都進入自動后，柱燈的綠燈會亮，系統進入全自動狀態。再進入如下圖三所示的監控界面觀察設備運行狀態。

圖三：試驗監控界面

5）當3把點火鎖試驗都達到設定的試驗次數時，伺服系統會自動停下來。

3控制硬件設計接口描述

3.1控制設備硬件結構如圖圖四，為了簡化接線，設備之間采用總線連接。GT1155-QSBDC觸摸面板為中文界面,界面直觀.操作者可根據相應的提示直接進行相應的手/自動操作。

圖四：硬件系統圖

3.2接口描述

3.2.1接口列表

1）各伺服驅動器的安全控制方面的接口信號采用串聯與急停按鈕相連接以保證安全；

2）伺服驅動器的其它接口信號通過總線與定位模塊相連接，定位模塊與PLC通訊。

3）觸摸屏的內置接口與PLC相連接。

3.2.2信息交換處理

1）PLC與定位模塊的數字信號交換有：

2）PLC與定位模塊的數據交換有：

4程序組織結構

4.1定位模塊程序說：

該系統采用的是三菱FX2N-10GM的定位模塊，該模塊程序編寫所用的應用軟件為三菱的FXVPS-E的軟件，該軟件除可對定位模塊的參數設置外，還可以對控制的軸的程序進行編寫，下面圖五為0軸控制的部分程序，及0軸在零點丟失的情況下的回零程序示意圖。

圖五：0軸回零程序

4.2部分PLC程序結構描述

該系統采用結構化的編程方式進行編寫，可讀性強，將程序分成幾塊來管理，一般輸入塊（即所有按鈕輸入等）、運動輸入塊（即所有氣缸運動位置檢測），過程處理塊（按照工藝流程編寫程序），一般輸出塊（即象報警、指示燈等信號）、運動輸出塊（即輸出到電磁上的信號），這樣分類后，便于維護人員在設備出現故障時聯機快速查找故障。

由于該系統為4軸控制系統，定位精度高（0軸電氣精度為0.00125毫米、1/2/3軸旋轉電氣精度為0.03度），4個軸之間的數據信號交換較多，故采用了FX2N-64MR的PLC作為中央處理器，定位模塊從伺服驅動器中采集相應的數據信號，PLC采集各個定位模塊的數據信息后，進行運算處理，將一些數據信息傳送到各自的定位模塊，下圖六是PLC數據讀寫的部分程序。

圖六：PLC程序

5J3伺服驅動器重點參數設置

三菱通用伺服MELSERVO-J3系列是在MELSERVO-J2-Super系列基礎上開發的性能更高、功能更豐富的交流伺服。控制模式有位置控制、速度控制和轉矩控制三種。還可以選擇位置/速度切換控制，速度/轉矩切換控制和轉矩/位置切換控制。所以本伺服不但可以用于機床和普通工業機械的高精度定位和平滑的速度控制，還可以用于線控制和張力控制等，應用范圍十分廣泛。此外，本產品還有USB和RS-422串行通信功能，可以使用裝有伺服設置軟件的個人計算機，進行參數的設定、試運行、狀態顯示的監控和增益調整等。本產品的實時自動調整功能可以根據機械自動調整伺服的增益。MELSERVO-J3系列伺服電機采用了分辨率為262144脈沖/轉的絕對位置編碼器，與MELSERVO-J2-Super系列相比，可以進行更高精度的控制。伺服放大器只需安裝電池，就可以構成絕對位置檢測系統。這樣，只需進行一次原點設定，在電源開啟和報警發生時就不再需要原點回歸。在本系統中部分重點參數設置如下表：

6結束語

本控制系統調試成功后，基本未做改動即投入運行，目前運行很穩定，至今的運行實踐表明：

（1）、系統設計構思嚴謹，功能穩定可靠，基本不需要維護。實現了集中操作，分散管理，且操作簡單、直觀。

（2）、調試和故障診斷方便、快速，故障診斷功能使操作員能及時發現生產的故障并確定其位置，縮短了排除故障的時間。

（3）、系統的性能好，能夠滿足乘用車點火鎖耐久性試驗設備技術設計的需求。

（4）、系統采用總線控制，可擴展性好，便于未來的擴容。

參考文獻：

1、汪小光可編程控制器原理及應用[M]…機械工業出版社1998版

2、施耐德電氣工業自動化產品目錄[P]…………施耐德公司2006版

3、MR-J3伺服放大器技術資料集[P]………………三菱公司2007版

4、FX2N-10GM和FX2N-20GM硬件/編程手冊[P]……三菱公司2000版

5、陳龍ABB機器人與TSX57處理器在汽車焊接中的應用研究…………………電氣時代2007、9121-124

作者簡介：

陳龍，男，1977年10出生，本科，工業自動化工程師，畢業于武漢大學《電子工程》專業，主要從事電氣自動化系統工程設計與研究工作。