机电一体化集成装配装置的电气系统优化改进

摘 要：为了更好地实现产品自动装配，并取得稳定效果，而采用机电一体化集成装配手段，这一手段每一个装置的抓取效果都很好，并能够实现各个动作的自动化，但是，其运行还是有一定缺陷，尚待补足，因此，应当对电气系统的方案设计更加注意，探索更合理的方法。

关键词：电气系统；机电；优化设计

中图分类号：U671.91+5 文献标识码：A

1 机电一体化集成装配装置概述

原有机电一体化集成装配装置主要由机械本体、控制系统、工控机测量系统、力传感器系统、真空系统和气动系统及工装等组成。由于工控机测量系统与控制系统是相对独立的一套系统，本论文将不论述。控制系统采用西门子840D和FM-NC数控系统来控制7个数字轴和2个模拟轴，其中840D系统控制7个数字轴（X、Y、Z、C1、C2、C3、W轴）的运动和处理力传感器的快速响应及相关实时控制，以及和工控机测量系统间的通讯和协调控制。FM-NC系统控制2个模拟轴(W1、W2轴)的运动，实现调姿机构的运动控制，从而达到对待装配工件的姿态调整。在上述的9个轴中，X、Y、Z、W、W1和W2轴是直线轴，C1、C2、C3轴是旋转轴，其中C1轴的旋转角度范围为0°～380°。W1、W2轴组成调姿机构，在调姿机构的下端装有拾取工件的真空吸盘和在移动过程中对工件起保护作用的气动手爪。W轴作为加载机构的加载轴在所有工件装配完成后对整个产品进行下压加载。C2轴作为装配工位，C3轴作为待装配工件放置工位装置的系统构成如图1所示，其中控制系统为SINUMERIK840D数控系统（CNC）。

2 电气系统的优化和改进设计

2.1 冗余设计

工作冗余应用在抓取所用的抓具以及吸纳装置，这使得装置更加稳定，对于装置以及器具的安全更具效果，如图2，若想要杜绝抓具产生错误操作，例如应当闭合的时候显示敞开，而本应敞开的时候发生了闭合，而应当将目标吸上的时候不产生效果，以上为误操作的表现，另外还有精度的掌握，抓合的力度以及方位，时间的准确，为了达到最佳操作效果，采用两个模块一个信号的对应模式加入设计。而对气动抓合也有更好的设计，被作为并联冗余的，除此，织袜器对于信号输出系统进行的控制也采用这一方法，不过在继电器控制电路不适用这一方式，而选用串联和并联配合的设计。

在图2中Gn和Gn+1是两块完全一样的SIEMENSDO模块，模块以及信号相互对应，模块的工作时间同步，因为继电器是并联的，都通过同一个输出点来控制，所以通常两个继电器同时有效，但是如果其中一个发生状况，可利用的输出信号就会产生，特别针对气动手抓。根据经验，只要并联的两个模块当中有一个不在状态，或者两个都出了问题，即可收到输出信号。

2.2 抗干扰设计

机电一体化内容很多，电流充足和电压很高的装置以及电压需求小，电流较低的装置，也就是通常所说的弱电设备，这二者都是存在的，而通常强电装置本身的磁力以及声音会将弱电装置干扰，弱电装置不但受到强电装置的干扰，其也会受到相似信号的干扰。此外，对弱电装置造成干扰的还有磁力声音以及供电系统，并且可以将供电干扰当做是元件受到干扰并且运行不稳定的主要方面，可以导致内容处理偏差，影响整个系统的最终效果，因此，在设计中一定要注意抗干扰能力。下面几种方法的抗干扰能力十分有效，被广泛使用。

2.2.1 屏蔽技术

屏蔽技术可抑制电磁噪声沿着空间的传播，及切断辐射电磁噪声的传输途径。在装置中，除了380V和220V电源电缆之外，其余电缆均使用了带屏蔽层的电缆，这将本信号的干扰源禁锢起来不会对外形成干扰，并且也阻止了外界的向内干扰。

2.2.2 接地技术

接地技术的应用是电路设计中一个不能缺少的角色。系统以及电路将“地”作为一个重要的参考方面，而其中的各个部分，例如电路和电流等都要经过地面，才能形成可以循环的回路。这一装置中包含了工地，屏蔽以及保护等连地接线，其中，保护地线是将电气控制柜柜体、操作台机壳和装置本体都可靠接地；地线使用的方法都是并联和单点的形式，对于干扰的抵抗能力很强，屏蔽接地是将所有的屏蔽电缆的屏蔽层通过接地线可靠地接到同一个接地铜排上，电源变压器和隔离变压器的屏蔽层接到保护地线。

2.2.3 滤波技术

滤波器是由电感、电容、电阻或铁氧体器件构成的频率选择性二端口网络，可以插入传输线中，抑制不需要的频率进行传播，能较小衰减地通过滤波器的频率段称为滤波器的通带。通过时受到很大衰减的频率段称为滤波器的阻带。为了抑制供电电网系统和装置周边环境用电设备所产生的电磁噪声对控制系统和驱动系统的影响，可以达到排除干扰的电气系统的方式，例如浪涌吸收器等也是其中一项。

2.3 热设计

元件生产的原料用一定的温度适应，如果温度不适宜可能造成原料的性能出现改变，而制造出的元件的效果也会发生差异，但是只强调温度还不够，如果温度适宜，而太长时间也会引起故障，根据发生故障类型和次数的统计，温度和使用时间的适当和工作效果联系十分紧密。

通常，温度如果不正常，太低温和过高温都将引起故障，而高温尤其是引起故障的原因，数据表明高温度和故障指数之间有直接关系，其各种性能参数，如耐压值、漏电流、放大倍数、允许功率等都是温度的函数。在本装置中，SINUMERIK840D数控系统、SIMODRIVE611D数字伺服驱动系统、松下模拟伺服驱动系统、可编程逻辑控制器（PLC）以及它们的电源都是模块化结构。每个模块内都有大量的电子元器件。

结语

本文总结说明了机电装置中的连接方式和抵抗干扰之间的关系，通过系统的介绍这些方法的运行过程以及缺陷等，提出合理的优化手段，有助于使用者和设计者参考自身所具有的条件对各个线路装置进行最优设计，找到元件与效果之间的最好关系，促进使用的合理性。

参考文献

[1]方建军，田建君，郑青春.光机电一体化系统设计[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]秦孝英.可靠性维修性保障性概论[M].北京：国防工业出版社，2002.

[3]张泰华.SINUMERIK840D的调整[J].制造技术与机床，2002.