引言

　　滑環(huán)是衛(wèi)星太陽(yáng)電池陣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵部件，星載滑環(huán)的可靠性直接關(guān)系到衛(wèi)星任務(wù)的順利執(zhí)行。為檢測(cè)某星載滑環(huán)長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)各項(xiàng)參數(shù)變化及穩(wěn)定性，必須對(duì)該星載滑環(huán)進(jìn)行仿真跑合試驗(yàn)。

　　該型號(hào)滑環(huán)跑合臺(tái)在跑合時(shí)裝夾滑環(huán)，需要在0.120 r／min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)速，要求實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速顯示、自動(dòng)正反轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)累計(jì)圈數(shù)顯示、轉(zhuǎn)矩顯示、故障自動(dòng)停機(jī)。原有的跑合臺(tái)只能按照單一方向、單一速度跑合，需人工記錄跑合時(shí)間和圈數(shù)，且無(wú)法完全滿(mǎn)足跑合轉(zhuǎn)速的范圍要求。跑合試驗(yàn)中曾因線纜纏繞引發(fā)故障，未及時(shí)停機(jī)，造成滑環(huán)損壞。

　　設(shè)計(jì)要求中轉(zhuǎn)速跨度較大，為確保轉(zhuǎn)速精度，使用伺服電機(jī)作為系統(tǒng)的執(zhí)行部件?？紤]到伺服電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，如果轉(zhuǎn)速過(guò)低，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)即會(huì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且長(zhǎng)期低速運(yùn)轉(zhuǎn)可能縮短電機(jī)使用壽命甚至損壞電機(jī)。為保證長(zhǎng)期使用安全可靠，選定伺服電機(jī)正常工作最低轉(zhuǎn)速為10 r／min。

　　綜合經(jīng)濟(jì)和性能因素，采用1／100減速機(jī)配合最高轉(zhuǎn)速3 000 r／min小功率交流伺服電機(jī)研制新型滑環(huán)跑合臺(tái)。同時(shí)利用計(jì)算機(jī)通訊通過(guò)組態(tài)軟件構(gòu)建操作監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)靈活的跑合方式和故障自動(dòng)停機(jī)功能。

1 系統(tǒng)組成

　星載滑環(huán)跑合臺(tái)電氣系統(tǒng)組成如圖1所示。PLC(可編程邏輯控制器)為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制單元，PLC脈沖輸出模塊與伺服放大器通訊，控制交流伺服電機(jī)。同時(shí)PLC通過(guò)模擬量輸入模塊采集旋轉(zhuǎn)扭矩測(cè)試儀發(fā)出的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號(hào)，傳送給工控機(jī)。

圖1電氣系統(tǒng)組成圖

　　工控機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，是人機(jī)信息交互的接口，利用組態(tài)軟件INSPEC構(gòu)建操作界面和監(jiān)控界面，設(shè)定運(yùn)行方式及操作參數(shù)，顯示實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值，統(tǒng)計(jì)旋轉(zhuǎn)累積圈數(shù)。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 硬件組成及設(shè)定

　　系統(tǒng)主要控制器件均選用三菱系列化產(chǎn)品。PLC為FX2N-32MR，擴(kuò)展兩塊特殊功能模塊：脈沖輸出模塊FX2N-10PG和模擬量輸入模塊FX2N-4AD。伺服放大器選擇MRJ3系列，交流伺服電機(jī)型號(hào)為HFKP23。

　　三菱通用伺服MELSERVOJ3系列有位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制3種。該系列伺服電機(jī)采用了分辨率為262,144脈沖／轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置編碼器，有USB和RS422串行通信功能，可以使用裝有伺服設(shè)置軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、試運(yùn)行、狀態(tài)顯示監(jiān)控和增益調(diào)整等。系統(tǒng)涉及的伺服放大器的功能如下：

　　1)電子齒輪：可將輸入脈沖減小或放大至1／10～2 000倍，本系統(tǒng)設(shè)置PA06=10、PA07=1。

　　2)模擬監(jiān)視輸出：伺服電機(jī)狀態(tài)可以通過(guò)2個(gè)通道以電壓形式輸出。設(shè)定參數(shù)PCI4=0000、PCI5=0001，這樣輸出項(xiàng)目分別為伺服電機(jī)帶方向的轉(zhuǎn)速和帶方向的轉(zhuǎn)矩。

　　3)試運(yùn)行模式：安裝伺服設(shè)置軟件MR Configurator2 MRZHW3-SETUP211 E，JOG運(yùn)行。

　　FX2N．IOPG脈沖輸出模塊是最大輸出1 MHz脈沖列，驅(qū)動(dòng)單軸的步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的特殊模塊。

　　通過(guò)使用FROM／TO指令對(duì)所連接的FX2N系列PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。程序中關(guān)鍵的BFM(緩沖存儲(chǔ)器)設(shè)定見(jiàn)表1。

　　2.2 流程控制

　　在PLC程序中設(shè)定最大扭矩，與采集轉(zhuǎn)換后的扭矩?cái)?shù)據(jù)比較，當(dāng)實(shí)時(shí)扭矩大于設(shè)定值時(shí)，即可能發(fā)生故障，此時(shí)自動(dòng)停機(jī)，結(jié)束自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行程序，并彈出提示框?？刂葡到y(tǒng)流程圖見(jiàn)圖2。

圖2控制系統(tǒng)流程圖

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

　　3.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

　　采用三菱編程軟件GX WORKS2對(duì)PLC進(jìn)行編程、調(diào)試。它是三菱電機(jī)開(kāi)發(fā)的PLC軟件，具有簡(jiǎn)單工程(Simple Project)和結(jié)構(gòu)化工程(Structured Project)兩種編程方式，支持梯形圖、指令表、SFC、ST及結(jié)構(gòu)化梯形圖等編程語(yǔ)言，可實(shí)現(xiàn)程序編輯，參數(shù)設(shè)定，網(wǎng)絡(luò)設(shè)定，程序監(jiān)控、調(diào)試及在線更改，可實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)與HMI(人機(jī)界面)、運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)據(jù)共享。

　　圖3為使用GX WORKS2對(duì)FX2N．10PG的BFM#26進(jìn)行寫(xiě)操作的程序。伺服電機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)或反向點(diǎn)動(dòng)取決于M4、M5的狀態(tài)。若不通過(guò)輸入繼電器直接給出電機(jī)運(yùn)行信號(hào)，也可用輔助繼電器如M20、M21取代程序中的X004、X005，在程序中對(duì)M20、M21的ON／OFF條件進(jìn)行編程，以滿(mǎn)足手動(dòng)、自動(dòng)程序的需要。

　　3.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　監(jiān)控系統(tǒng)選用國(guó)內(nèi)主流組態(tài)軟件INSPEC，IN．SPEC是．NET平臺(tái)組態(tài)軟件，具有全方位的開(kāi)放架構(gòu)，提供多種擴(kuò)展軟件功能的方式和途徑，如添加圖形工具、Windows控件、功能模塊、設(shè)備通信程序。軟件易于升級(jí)、定制和集成。需要在工控機(jī)安裝INSPEC2009組態(tài)軟件及加密鎖驅(qū)動(dòng)程序，再插入1只USB硬件加密狗。

　　圖4所示為組態(tài)界面主頁(yè)面。自上而下分別為曲線顯示區(qū)、報(bào)警區(qū)、操作區(qū)、參數(shù)區(qū)。最下方的狀態(tài)顯示條顯示工控機(jī)與PLC的實(shí)時(shí)通信狀態(tài)(通信正常／通信異常)，可設(shè)置并顯示操作員名稱(chēng)、設(shè)備名稱(chēng)，根據(jù)具體操作自動(dòng)顯示工作狀態(tài)為正轉(zhuǎn)運(yùn)行中／反轉(zhuǎn)運(yùn)行中／正在準(zhǔn)備正轉(zhuǎn)／正在準(zhǔn)備反轉(zhuǎn)。

4 安裝調(diào)試

　　1)使用USB電纜MR．J3USBCBL3M連接伺服放大器MR-J3的USB通信接頭(CN5)。工控機(jī)安裝MRConfigurator2軟件，繞開(kāi)PLC直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)試，以確認(rèn)電機(jī)機(jī)械連接無(wú)誤且運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

　　2)工控機(jī)安裝三菱GX WORKS軟件，對(duì)PLC進(jìn)行編程寫(xiě)入。用編碼器線纜MR-J3ENCBL2M-A1-L連接FX2N一10PG與MR．J3，GX WORKS模擬開(kāi)始狀態(tài)，對(duì)控制啟動(dòng)的輔助繼電器強(qiáng)制ON，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，確保程序無(wú)誤。

　　3)使用RS232C傳輸線連接計(jì)算機(jī)COM口與PLC串口，或使用USBSC09連接計(jì)算機(jī)USB口與PLC串口，均可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC通信。

　　4)計(jì)算機(jī)安裝INSPEC組態(tài)軟件，在INSPEC中新建工程，正確設(shè)置10通信的通道類(lèi)型、串口、波特率、協(xié)議類(lèi)型、設(shè)備名稱(chēng)和設(shè)備類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)INSPEC與PLC的數(shù)據(jù)交換。運(yùn)行建立好的工程，完成調(diào)試。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　基于PLC和伺服電機(jī)的某星載滑環(huán)跑合臺(tái)控制系統(tǒng)，克服了原有跑合臺(tái)的不足，具有實(shí)時(shí)性好、人機(jī)界面友好、易于擴(kuò)充和調(diào)整靈活等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，大大提高了滑環(huán)跑合試驗(yàn)的自動(dòng)化水平、控制靈活性以及試驗(yàn)效率。實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益，可以推廣到其他產(chǎn)品的跑合試驗(yàn)系統(tǒng)中，具有較好的借鑒意義。