0　引　言

　　在亞龍公司的335BMPS模塊化自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)制造過(guò)程中，生產(chǎn)線各單元模塊在組裝成功后需要放置在生產(chǎn)線的指定位置，該位置的的定位往往是工人根據(jù)生產(chǎn)圖紙的尺寸進(jìn)行定位，采用人力搬運(yùn)并通過(guò)人工校準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行模塊單元安裝調(diào)整，由于系統(tǒng)安裝中存在誤差，每臺(tái)生產(chǎn)線都必須通過(guò)生產(chǎn)線的單步試運(yùn)行功能將物料逐一通過(guò)生產(chǎn)線的各個(gè)單元模塊，并再次通過(guò)人工調(diào)整對(duì)單元模塊定位微調(diào)，從而保證每條生產(chǎn)線出廠的合格性。這就導(dǎo)致調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)、效率低，花費(fèi)大量的時(shí)間，并且通過(guò)反復(fù)調(diào)整以提高定位精度，從而使該生產(chǎn)線的生產(chǎn)周期大大延長(zhǎng)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)上該MPS模塊化生產(chǎn)線將機(jī)械手固定在導(dǎo)軌的初始點(diǎn)，從而通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)行達(dá)到機(jī)械手在各生產(chǎn)線模塊之間的往返的目的。在定位精度上如果機(jī)械手與單元模塊之間的精度一旦出現(xiàn)2ｍｍ 以上的誤差，在運(yùn)行時(shí)機(jī)械手在擺動(dòng)氣缸的作用下必定在90°旋轉(zhuǎn)時(shí)碰撞上單元模塊的機(jī)械部位從而導(dǎo)致事故，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中的定位又具有至關(guān)重要的作用。為減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，加快設(shè)備精度定位方式，文中在該MPS模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種采用伺服電機(jī)、PLC和觸摸屏為主體，可自動(dòng)定位并顯示絕對(duì)坐標(biāo)的定位測(cè)試方法，該方法精確度可達(dá)0．01ｍｍ，減輕了工人工作強(qiáng)度，同時(shí)，在生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化時(shí)更換不同的加工模塊也可以實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的定位，提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

1 MPS模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)及設(shè)計(jì)思路

　　目前，浙江亞龍公司的335BMPS模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)將工作單元分別進(jìn)行檢測(cè)、加工、搬運(yùn)、安裝、分類等制作過(guò)程，各工作單元分工明確又相互協(xié)調(diào)。

　　圖中供料、加工、裝配等單元分別完成特定生產(chǎn)內(nèi)容，輸送單元負(fù)責(zé)將原料通過(guò)供料單元、加工單元、裝配單元進(jìn)行生產(chǎn)，最后將成品送入分揀單元分揀出合格品。原設(shè)計(jì)中輸送過(guò)程系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)置程序進(jìn)行定位目標(biāo)單元點(diǎn)，利用導(dǎo)軌控制機(jī)械手的擺動(dòng)用機(jī)械手抓緊物料將物料放在各模塊單元的初始位置，若位置誤差略大，則機(jī)械手在擺動(dòng)時(shí)必定與模塊單元的機(jī)械部分之間發(fā)生碰撞，造成損傷及事故，因此，各模塊單元的初始放置點(diǎn)的定位對(duì)精度要求很高。特別在設(shè)備的大量生產(chǎn)過(guò)整，不但對(duì)工人熟練度及精細(xì)度要求很高，同時(shí)也使得勞動(dòng)強(qiáng)度大大加強(qiáng)。

　　因此，該自動(dòng)定位測(cè)試方式的思路改變以往讓機(jī)械手跟著單元模塊走的定位方式，而改成通過(guò)給定機(jī)械手位移坐標(biāo)，根據(jù)不同規(guī)格的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)要求，當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行到不同單元模塊的位置，同時(shí)在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示機(jī)械手的運(yùn)行位移，再根據(jù)機(jī)械手的停放位置直接將單元模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)放置，實(shí)現(xiàn)一次性定位成功。同時(shí)，克服了每臺(tái)生產(chǎn)線的誤差問(wèn)題可能造成的機(jī)械事故，由于機(jī)械手的運(yùn)行通過(guò)伺服電機(jī)完成，在位置控制上實(shí)現(xiàn)定位精度可達(dá)0．01ｍｍ。

2 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)上采用三菱觸摸屏F940GOT－LWD及三菱FX1N－40MTPLC為主控制器，并利用觸摸屏進(jìn)行模塊單元的位移運(yùn)行控制，其中三菱PLC為系統(tǒng)核心，完成模擬量輸入、開關(guān)量輸入狀態(tài)檢測(cè)、開關(guān)量輸出控制以及整個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程控制。觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面，完成相關(guān)數(shù)據(jù)、信息、狀態(tài)顯示和參數(shù)設(shè)置，與PLC通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和相關(guān)控制。

　　系統(tǒng)控制電源接通后，首先初始化PLC和觸摸屏；然后PLC自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的啟動(dòng)條件，氣壓是否達(dá)到有效設(shè)定值，輸送單元是否處于原點(diǎn)，非原點(diǎn)則執(zhí)行原點(diǎn)返回程序；與伺服通信是否正常，觸摸屏通信有無(wú)故障，若條件不滿足，系統(tǒng)等待并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；若啟動(dòng)條件滿足，PLC根據(jù)位置量要求控制伺服系統(tǒng)運(yùn)行并將運(yùn)行位置及運(yùn)行速度反饋在觸摸屏上，通過(guò)觸摸屏輸入不同位置的設(shè)定值控制其自動(dòng)定位。

3 伺服控制系統(tǒng)

　　伺服控制系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)各工作單元及檢測(cè)裝置進(jìn)行精確定位，是該方法的關(guān)鍵部分。通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行到位后通過(guò)PLC實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得到的運(yùn)行距離，即實(shí)際測(cè)量值與自動(dòng)計(jì)算后得到的脈沖量同時(shí)顯示在觸摸屏上，操作人員根據(jù)得到的實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行模塊單元的一次性安裝，調(diào)整完畢后再進(jìn)行下一個(gè)定位點(diǎn)的自動(dòng)測(cè)試，即使生產(chǎn)任務(wù)發(fā)生變化，不同的單元模塊進(jìn)行更換，只要將存儲(chǔ)器內(nèi)位移量直接改變即可，方便可靠。同時(shí)，伺服系統(tǒng)將定位精度控制在0．01ｍｍ。

　　在伺服控制中通過(guò)原先生產(chǎn)線自帶的松下MHMD022P1U永磁同步的交流伺服電機(jī)及MADDT1207003全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)裝置作為運(yùn)動(dòng)控制裝置。該交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、通訊接口單元、伺服電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測(cè)器件組成，其中，伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等，如圖3所示。

　　根據(jù)該伺服控制單元，將機(jī)械手需要的位移運(yùn)行量換算成伺服驅(qū)動(dòng)器接收的脈沖頻率，同時(shí)，由于對(duì)位置和速度的精度要求控制在0．01ｍｍ，故使用伺服驅(qū)動(dòng)器位置控制模式，位置控制模式采用位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三環(huán)控制結(jié)構(gòu)，PLC給定高速脈沖信號(hào)ｎ1送到位置控制器，控制伺服電機(jī)運(yùn)行，即進(jìn)行直線位移，與通過(guò)位置反饋得到的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖數(shù)ｎ2比較，誤差信號(hào)Δｎ＝ｎ1－ｎ2，經(jīng)過(guò)位置調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)后，輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速給定信號(hào)ｍ1，實(shí)際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)ｍ2，速度誤差信號(hào)Δｍ＝ｍ1－ｍ2送到速度控制器，再經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)后輸出伺服電機(jī)交軸電流信號(hào)ｉ1，與實(shí)際交軸電流ｉ2比較，得出交軸電流的誤差信號(hào)Δｉ＝ｉ1－ｉ2，電流控制器輸出ＰＷＭ 控制信號(hào)，使伺服電機(jī)按給定脈沖數(shù)運(yùn)行，并控制運(yùn)行精度。位置控制模式下，電子齒輪等效的單閉環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖4所示。

　　圖中指令脈沖信號(hào)和電機(jī)編碼器反饋脈沖信號(hào)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器后，均通過(guò)電子齒輪變換進(jìn)行偏差計(jì)算。電子齒輪可以用來(lái)任意設(shè)置每單位指令脈沖對(duì)應(yīng)的電機(jī)速度和脈沖當(dāng)量，由于FX1N－40MT作為上位控制器最高脈沖輸出頻率為100ｋＨｚ，受其限制，使用電子齒輪功能，以減小給伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖的頻率。對(duì)應(yīng)脈沖計(jì)算公式為設(shè)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周移動(dòng)60ｍｍ，松下ＭＩＮＡＳA4系列AC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)編碼器反饋脈沖為2　500ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖ。由于伺服電機(jī)脈沖當(dāng)量為0．01ｍｍ，減速比為1，則電機(jī)運(yùn)行一圈所需的脈沖數(shù)為：　　

　　2 500＊4／6 000＝10 000／6 000伺服驅(qū)動(dòng)器與PLC及伺服電機(jī)的接線

4 系統(tǒng)軟件

　　通過(guò)原位行程開關(guān)作為原始點(diǎn)定位，通過(guò)PLC相關(guān)復(fù)位程序進(jìn)行上電初始位置檢測(cè)，PLC在復(fù)位后等待PLC相關(guān)檢測(cè)程序?qū)Ω鬏斎雴卧肮收蠄?bào)警進(jìn)行診斷，并配置報(bào)警指示燈。

　　在系統(tǒng)正常運(yùn)行后，等待觸摸屏發(fā)出控制指令，通過(guò)觸摸屏上由調(diào)試人員輸入運(yùn)行距離，啟動(dòng)運(yùn)行按鈕，使伺服電機(jī)自動(dòng)移動(dòng)到目的地。同時(shí)，在觸摸屏上設(shè)置絕對(duì)位置位移顯示框可以實(shí)時(shí)得到電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際距離，從而確定絕對(duì)位置的精度，還可以根據(jù)需要改變伺服電機(jī)的運(yùn)行速度。

　　在控制過(guò)程中，核心為觸摸屏組態(tài)程序和PLC控制程序，其中，觸摸屏組態(tài)程序主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)械手的運(yùn)行速度、運(yùn)行距離，并可實(shí)時(shí)微調(diào)。PLC控制程序主要是輸出脈沖當(dāng)量進(jìn)而通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制伺服電機(jī)運(yùn)行，從而起到精確定位的作用。

　　通過(guò)三菱觸摸屏設(shè)置啟動(dòng)及暫停按鈕進(jìn)行測(cè)試控制，并同時(shí)在線可看到機(jī)械手當(dāng)前運(yùn)行位置，使安裝人員直接根據(jù)系統(tǒng)反饋的位置量進(jìn)行單元模塊的精確定位，避免了系統(tǒng)誤差。

5　結(jié)　語(yǔ)

　　采用伺服電機(jī)、PLC和觸摸屏為主體，通過(guò)系統(tǒng)給定值自動(dòng)測(cè)量并顯示絕對(duì)坐標(biāo)值，同時(shí)自動(dòng)定位，并且將定位精度控制在0．01ｍｍ；在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，替代原有的人工測(cè)量、定位，減輕了設(shè)備安裝過(guò)程中工人反復(fù)安裝的工作強(qiáng)度，節(jié)省安裝時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。實(shí)踐證明，該方法定位可一次性定位、速度快、精度高，杜絕了機(jī)械碰撞損壞等問(wèn)題，保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠。同時(shí)，在類似系列的生產(chǎn)線上都可以通用，且具有易修改、易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)