機電一體化集成裝配裝置的電氣系統優化改進

曲秀君

（華電能源股份有限公司哈爾濱第三發電廠，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 機電一體化集成裝配裝置概述

原有機電一體化集成裝配裝置主要由機械本體、控制系統、工控機測量系統、力傳感器系統、真空系統和氣動系統及工裝等組成。由于工控機測量系統與控制系統是相對獨立的一套系統，本論文將不論述?？刂葡到y采用西門子840D和FM-NC數控系統來控制7個數字軸和2個模擬軸，其中840D系統控制7個數字軸（X、Y、Z、C1、C2、C3、W 軸）的運動和處理力傳感器的快速響應及相關實時控制，以及和工控機測量系統間的通訊和協調控制。FM-NC系統控制2個模擬軸(W1、W2軸)的運動，實現調姿機構的運動控制，從而達到對待裝配工件的姿態調整。在上述的9個軸中，X、Y、Z、W、W1 和 W2 軸是直線軸，C1、C2、C3軸是旋轉軸，其中C1軸的旋轉角度范圍為 0°～380°。W1、W2 軸組成調姿機構，在調姿機構的下端裝有拾取工件的真空吸盤和在移動過程中對工件起保護作用的氣動手爪。W軸作為加載機構的加載軸在所有工件裝配完成后對整個產品進行下壓加載。C2軸作為裝配工位，C3軸作為待裝配工件放置工位裝置的系統構成如圖1所示，其中控制系統為SINUMERIK840D數控系統（CNC）。

圖1 機電一體化集成裝配裝置系統構成圖

2 電氣系統的優化和改進設計

2.1 冗余設計

工作冗余應用在抓取所用的抓具以及吸納裝置，這使得裝置更加穩定，對于裝置以及器具的安全更具效果，如圖2，若想要杜絕抓具產生錯誤操作，例如應當閉合的時候顯示敞開，而本應敞開的時候發生了閉合，而應當將目標吸上的時候不產生效果，以上為誤操作的表現，另外還有精度的掌握，抓合的力度以及方位，時間的準確，為了達到最佳操作效果，采用兩個模塊一個信號的對應模式加入設計。而對氣動抓合也有更好的設計，被作為并聯冗余的，除此，織襪器對于信號輸出系統進行的控制也采用這一方法，不過在繼電器控制電路不適用這一方式，而選用串聯和并聯配合的設計。

圖2 輸出模塊和控制繼電器的冗余設計

在圖2中Gn和Gn+1是兩塊完全一樣的SIEMENSDO模塊，模塊以及信號相互對應，模塊的工作時間同步，因為繼電器是并聯的，都通過同一個輸出點來控制，所以通常兩個繼電器同時有效，但是如果其中一個發生狀況，可利用的輸出信號就會產生，特別針對氣動手抓。根據經驗，只要并聯的兩個模塊當中有一個不在狀態，或者兩個都出了問題，即可收到輸出信號。

2.2 抗干擾設計

機電一體化內容很多，電流充足和電壓很高的裝置以及電壓需求小，電流較低的裝置，也就是通常所說的弱電設備，這二者都是存在的，而通常強電裝置本身的磁力以及聲音會將弱電裝置干擾，弱電裝置不但受到強電裝置的干擾，其也會受到相似信號的干擾。此外，對弱電裝置造成干擾的還有磁力聲音以及供電系統，并且可以將供電干擾當做是元件受到干擾并且運行不穩定的主要方面，可以導致內容處理偏差，影響整個系統的最終效果，因此，在設計中一定要注意抗干擾能力。下面幾種方法的抗干擾能力十分有效，被廣泛使用。

2.2.1 屏蔽技術

屏蔽技術可抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，及切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑。在裝置中，除了380V和220V電源電纜之外，其余電纜均使用了帶屏蔽層的電纜，這將本信號的干擾源禁錮起來不會對外形成干擾，并且也阻止了外界的向內干擾。

2.2.2 接地技術

接地技術的應用是電路設計中一個不能缺少的角色。系統以及電路將“地”作為一個重要的參考方面，而其中的各個部分，例如電路和電流等都要經過地面，才能形成可以循環的回路。這一裝置中包含了工地，屏蔽以及保護等連地接線，其中，保護地線是將電氣控制柜柜體、操作臺機殼和裝置本體都可靠接地；地線使用的方法都是并聯和單點的形式，對于干擾的抵抗能力很強，屏蔽接地是將所有的屏蔽電纜的屏蔽層通過接地線可靠地接到同一個接地銅排上，電源變壓器和隔離變壓器的屏蔽層接到保護地線。

2.2.3 濾波技術

濾波器是由電感、電容、電阻或鐵氧體器件構成的頻率選擇性二端口網絡，可以插入傳輸線中，抑制不需要的頻率進行傳播，能較小衰減地通過濾波器的頻率段稱為濾波器的通帶。通過時受到很大衰減的頻率段稱為濾波器的阻帶。為了抑制供電電網系統和裝置周邊環境用電設備所產生的電磁噪聲對控制系統和驅動系統的影響，可以達到排除干擾的電氣系統的方式，例如浪涌吸收器等也是其中一項。

2.3 熱設計

元件生產的原料用一定的溫度適應，如果溫度不適宜可能造成原料的性能出現改變，而制造出的元件的效果也會發生差異，但是只強調溫度還不夠，如果溫度適宜，而太長時間也會引起故障，根據發生故障類型和次數的統計，溫度和使用時間的適當和工作效果聯系十分緊密。

通常，溫度如果不正常，太低溫和過高溫都將引起故障，而高溫尤其是引起故障的原因，數據表明高溫度和故障指數之間有直接關系，其各種性能參數，如耐壓值、漏電流、放大倍數、允許功率等都是溫度的函數。在本裝置中，SINUMERIK840D數控系統、SIMODRIVE611D數字伺服驅動系統、松下模擬伺服驅動系統、可編程邏輯控制器（PLC）以及它們的電源都是模塊化結構。每個模塊內都有大量的電子元器件。

結語

本文總結說明了機電裝置中的連接方式和抵抗干擾之間的關系，通過系統的介紹這些方法的運行過程以及缺陷等，提出合理的優化手段，有助于使用者和設計者參考自身所具有的條件對各個線路裝置進行最優設計，找到元件與效果之間的最好關系，促進使用的合理性。

[1]方建軍，田建君，鄭青春.光機電一體化系統設計[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2]秦孝英.可靠性維修性保障性概論[M].北京：國防工業出版社，2002.

[3]張泰華.SINUMERIK840D的調整[J].制造技術與機床，2002.