淺談變頻器在伺服轉臺上的應用

（上海汽車集團股份有限公司乘用車公司，上海 200000）

淺談變頻器在伺服轉臺上的應用

牛志兵

（上海汽車集團股份有限公司乘用車公司，上海 200000）

介紹了基于AB PF755變頻器用于汽車焊接車間轉臺的伺服控制。

變頻器；伺服控制；轉臺

汽車制造技術發展到今天，其生產線的自動化水平越來越高，自動化水平提高為生產節拍奠定了基礎。全自動化高節拍生產對工件、工裝的快速、精準定位又提出更高的要求。本文主要介紹車身車間生產線利用AB PF755系列變頻器控制TUNKERS伺服轉臺，實現高節拍要求下達到低成本、高自動化、快速、精準定位的要求。

1 伺服轉臺的主要應用概述

如圖一所示，下圖中FE010工位為TUNKERS伺服轉臺，伺服轉臺上安裝正反兩面工裝夾具，OP1、OP2是兩個上件工位，R1、R2、R3為焊接、搬運機器人。工作流程為OP1、OP2工位人工將待加工工件放入伺服轉臺上的工裝上并夾緊，轉臺轉動180度并準確定位后，R1、R2機器人開始焊接工作，同時兩個人工工位在轉臺的另一面的工裝上進行上件。焊接完成后R3機器人從轉臺的夾具上把工件抓走并放到FE020工位焊接，此時轉臺的另一面的上件工作也已完成，轉臺可以轉回180度，工位可以開始下一循環的工作。

2 控制系統構造和特點

圖1 工位布置

該項目控制系統采用AB Guard Logix L63S控制器，現場總線采用Device Net總線，PowerFlex755系列變頻器采用模塊化設計，其中的I/O模塊、安全模塊、編碼器接口卡、網絡通訊模塊為根據項目需求進行選配。其中編碼器接口卡選擇支持SSI接口的絕對值模塊，網絡通訊模塊選擇支持Device Net總線的通訊卡，整個系統的核心配置盡量選擇了AB 的集成架構基礎上的產品，確保系統控制、通訊無縫連接，安全可靠。控制系統架構如圖2所示。

圖2 控制系統架構

為了使伺服轉臺在高轉動慣量的狀態中能夠精確定位，對驅動設備提出了更高的要求，不僅要有很強的動態性能，還要有準確的位置控制能力。這種具備很強性能的伺服型變頻器正是應用了PowerFlex775系列變頻器，為了形成伺服控制效果，可以利用永磁電機直接驅動的方式，也可以利用普通交流異步電機直接驅動的方式。這種變頻器之所以能達到良好的伺服控制效果是因為控制系統中有兩個閉環，其中位置環就是外環，速度環就是內環，要確保位置控制的精確性，并要保證能夠對速度產生閉環控制，通過這兩種因素能夠使定位更加精準并且還能具備穩定的速度。針對這一原理，結合轉臺為水平轉動對轉動速度無嚴格控制要求，轉臺上安裝了數噸工裝夾具的高轉動慣量的特點，但本項目伺服轉臺要求高精確的位置定位，故系統僅采取單編碼器控制方式，位置反饋采用多圈絕對值旋轉編碼器直接接入PowerFlex755變頻器的Universal反饋卡；速度控制為PLC直接給定的開環控制方式。

表1

因該項目中的伺服轉臺要求定位非常準確，轉臺到位后工裝來回擺動量小。如果使用PLC控制變頻器完全進行控制，將會因為時間較長的總線網絡掃描使PLC程序掃描周期邊長，這會對位置控制系統的精準度造成很大影響，PLC指令傳到變頻器的時間過長，使轉臺超程情況產生。因為PowerFlex755變頻器本身具有DeviceLogix功能，所以變頻器具有邏輯運用能力，變頻器本身包含的編碼器能夠將位置反饋至和實時速度通過反饋卡得以體現出來，并能夠在PID調節器中進行運算和調試，減少與控制系統之間的差距，從而能夠將穩定的動態性能賦予給控制系統。基于上述PowerFlex755變頻器的DeviceLogix功能，本項目中以下邏輯進行了優化控制。

2.1 轉臺位置控制的啟動和停止

當啟動伺服轉臺時，轉臺位置控制被變頻器內部邏輯開啟；轉臺停止工作時，要看變頻器內部邏輯的實時位置值和停止時的位置值，將兩種數值進行對比才能確定。

2.2 轉臺加減速控制

在變頻器中設定電機給定的高低速的判斷位置條件，變頻器從旋轉編碼器中獲位置反饋數據，在滿足設定的高低速條件是，變頻器自動切換對電機高低速度的給定。

2.3 轉臺電機抱閘控制

轉臺定位的準確性取決于轉臺電機抱閘控制，并且如果發生超程情況或者晃動非常明顯的情況都會對轉臺電機抱閘控制產生影響，故電機的抱閘采用了變頻器直接控制方式。

2.4 停止位置的監控

轉臺到位后，由于有人工上件，機器人焊接等工作，會對轉臺施加一些轉動的力。故在PLC中又設定了一個轉臺位置的監控值，此監控值范圍比停止位置的值放大了許多，防止轉臺在到位后外力施加在轉臺上產生誤報警。

2.5 轉動速度給定

其他變頻器控制如變頻速度控制方式的速度給定值，位置控制過程中的速度上下限制值，位置控制方式的加速度和減速度時間參數不需要及時顯示出來，通過PLC來控制。

3 系統控制參數設置

基于轉臺精確位置控制要求，項目在調試過程中需不斷調試變頻器中以下參數，以達到系統通訊穩定，轉臺運行平穩，定位準確如表1。

4 結語

在當前高自動化車身車間各類生產線上，傳統的機械轉臺的逐漸被伺服轉臺所替代。使用PowerFlex755變頻器控制伺服轉臺可以做到低成本，高效率地實現控制要求，并且節約了大量的調試時間，實際使用的故障率也比傳統的機械轉臺有所降低。達到了低成本，高質量的項目效果。

TM921.51

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：1671-0711（2017）08（上）-0214-02