一種連接器自動插針機控制系統設計

項瑩瑩

摘要：本設計針對電池包連接器的生產工藝，設計出適用于連接器生產的自動插針機的泛用型控制系統，該系統具有一定的示教學習能力，按照示教學習軟件功能模塊進行增減，降低研發成本，從而提高企業的競爭力。

關鍵詞：自動插針機；三菱FX2N系列PLC；伺服控制結構

中圖分類號：TM383.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0008-02

自動插針機是用于接插件、端子、連接器等元器件自動化生產的高端設備，實現從散件組裝到產品成型，乃至最后成品性能測試全部自動完成。對提高產能、成品率和節省人力成本方面，有著重要的意義。目前世界主要連接器制造商都投入大量人力、物力在插針機的提速上，以實現節省人力，提高效率的目的。由于各種接插件、端子和連接器的結構不同，工藝不同，機械部分也不完全通用，整機都是專機專用，本設計針對電池包連接器的生產工藝，設計出低成本的適用于連接器生產的自動插針機的泛用型控制系統，具有一定的示教學習能力，模塊化軟件設計，不同類型的連接器的生產，可以適當變動工位結構，通過人機交互系統進行工藝示教，從而修改運動定位控制的參數，整個控制系統的硬件基本不變，軟件按照示教學習對功能模塊進行增減，盡量減少二次或多次開發的研發成本，從而提高企業的競爭力。

1 自動插針機控制系統方案

適用于連接器生產的自動插針機的泛用型控制系統是本設計的目標，對控制器的要求相對專機專用的控制系統要高些。因此，采用三菱公司的FX系列PLC家族中最先進的系列產品FX2N-80MT作為控制系統和人機交互系統的處理器，FX2N-80MT PLC的I/O接口總數高達80個，輸入、輸出點數各40個，通信功能接口豐富，提高了系統的靈活性和可擴展性，這點非常適合通用型控制平臺的開發，同時滿足設備長時間運行的穩定性和可靠性。人機交互系統方面，采用PLC+觸摸屏結構，方便采用組態軟件進行人性化、個性化的人機交互界面系統設計。主軸驅動采用伺服電機，PLC的脈沖輸出驅動模塊和外部中斷模塊，與伺服電機的驅動器構成一個閉環的伺服控制系統，以實現高速高精度的定位控制。其他插針工位采用氣動驅動，配合各個狀態檢測傳感器，實現快速響應。此外，系統還配有聲光報警、應急指示燈、上位機通訊等功能模塊。

基于三菱FX2N系列PLC的控制系統硬件方案如圖1所示。

2 運動控制算法設計

高速度運動和迅速精確定位是高速高精度單軸點到點運動的關鍵，但高速運動和精確定位是兩個矛盾的性能要求。高速運動要求平臺能充分使用平臺的驅動機構性能，使得輸送平臺以最大的加速度快速達到最大速度運動，而高精定位則要求輸送平臺運動的速度為零，且精確定位在目標位置。根據自動插針機定位平臺的特點，最終選定bang-bang控制器和滑模控制器實現高速高精度定位。

將自動插針機驅動機構的點到點運動分成高速運動和高精定位階段，在高速運動階段采用bang-bang控制器，充分利用電機的加減速性能，并使用重復學習算法確定bang-bang控制器的切換位置，從而消除了負載慣量使平臺響應變慢的影響；在高精度定位階段，采用滑模控制器以抑制外界干擾對高精度定位的影響，實現快速高精定位。基于兩個控制器結合控制的自動插針機定位平臺控制結構如圖2所示。

3 系統軟件設計

本項目的控制系統是基于現有電池包連接器自動插針機設計的，對電池包連接器的生產工藝作了一定的研究，在此基礎上，設計了控制系統的動作流程。根據電池包連接器自動插針機的生產工藝設計的自動插針機的動作流程圖如圖3所示。在自動機進入流水線運行狀態后，多個工位可以并行工作，并且實現了從送料、插針、裁切鉚緊到產品檢測全自動完成，下線后即為待包裝的成品。

4 結語

在理解電池包連接器自動插針機生產工藝的基礎上，設計了以三菱FX2N-80MT為控制系統和人機交互系統的處理器的自動插針機控制系統平臺。根據自動插針機定位平臺的特點，選定bang-bang控制器和滑模控制器兩種控制器相結合實現高速高精度定位。軟件設計方面，通過人機交互系統實現功能模塊的選擇，并且設計示教、學習功能，以達到軟硬件都具備較強的通用性。

參考文獻

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