PLC控制绝对位置伺服系统在转子换向器精车机中的应用

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）08-0076-02

摘要：本文以三菱公司的FX3G-40MT系列plc作为控制元件，以三菱MR-J3-40A伺服系统作为主要执行元件，以绝对位置伺服系统控制方式为重点，以我公司生产的SR-1101型自动转子换向器精车机为应用，讲述了PLC如何通过控制伺服系统来实现电机转子换向器的高精度车削。

关键词：PLC 绝对位置伺服系统 精车机

引言

当今世界，微型电机的需求量大增，从而引来了国内外商家的大量投资，随之带动了电机设备销售及制造业的兴起，转子换向器精车机就是加工微型电机转子的专用设备。然而早期的转子换向器精车机由传统的继电器电路和几个简单的气缸和油缸控制，车削的产品质量往往一致性差，次品率高，且车刀进给尺寸很难控制等。PLC控制绝对位置伺服系统在转子换向器精车机中的应用就由此产生了。

一、控制元件介绍

1.1三菱FX3G-40MT PLC

本文选择的PLC类型为FX3G系列， 是三菱电机公司新近推出的新型第三代PLC，基本单元自带两路高速通讯接口（RS422&USB）内置高达32K大容量存储器，标准模式时基本指令处理速度可达0.21μs，控制规模：14～256点（包括CC-LINK网络I/O），基本单元左侧最多可连接4台FX3U特殊适配器，可实现浮点数运算，可设置两级密码，每级16字符，增强密码保护功能的小型PLC。特别是所具有的3轴定位脉冲输出功能和绝对位置伺服电机数据读入功能，使得在不增加其它运动控制模块的情况下可以直接对伺服系统进行控制。而且由于需要输出脉冲驱动，PLC应采用晶体管输出型。

1.2三菱MR-J3-40A伺服系统

三菱绝对值位置控制系统对于企业中经常使用的点位控制系统来说，是一种非常方便实用的位置控制方式。一旦原点设置后，完毕每次停电后开机时，这种系统不需要回原点，大大方便了操作。

三菱通用交流伺服放大器MR-J3系列是在MR-J2S系列的基础上开发的具有更高性能和更高功能的伺服系统，其控制模式有位置控制、速度控制和转矩控制以及它们之间的切换控制方式可供选择。MR-J3系列配套的高性能伺服电机编码器采用了分辨率为262144脉冲/转的绝对位置编码器，速度环路频率响应提高到900HZ，具有高速大转矩特性，所以比MR-J2S系列具有进行更高精度控制的能力。

二、转子换向器精车机介绍及机器工作过程

转子换向器精车机是用来车削电机转子换向器表面的专用设备，其车削的目的主要为保证转子换向器表面的位置尺寸、圆度、和粗糙度。以下以图1为例，介绍转子换向器精车机的工作过程：

1）打开电源，各控制元件复位后，J3绝对位置伺服电机进行编码器绝对位置数据读取，完成后按下控制装置启动按钮，皮带臂上下气缸下降，到达限定位置后SQ2接通，皮带带动转子旋转。

2）J3绝对位置伺服电机旋转带动刀具前进，到位后切削气缸由右向左对转子换向器进行轴行切削，到达限定位置后SQ4接通。

3）J3绝对位置伺服电机旋转带动刀具后退，到位后皮带停止旋转，切削气缸退回到限定位置后SQ3接通。

4）绝对位置编码器数据读取，皮带譬上下气缸上升到限定位置后SQ1接通。整机动作完成，进入下一个循环。

三、PLC的I/O使用情况和绝对位置伺服系统控制方法

1）PLC的输入控制：输入控制采用漏型控制，X0-X4自定义为绝对位置伺服系统输出信号。X5-X12自定义为普通IN控制点，连接无电源触点，或内置式串联二极管的磁性开关等。在使用串联二极管的磁性开关时不能串联2个以上开关。

2）PLC的输出控制：输出控制也采用漏型控制，Y0-Y7自定义为绝对位置伺服系统输入信号。Y10-Y13自定义为普通输出点，用于控制中间继电器、电磁阀等。负载电流大于0.5A时需要使用中间继电器或PLC输出放大板等方式进行中转。在使用感性或电阻负载时需要在每个触点增加相应大小的熔断器（保护输出晶体管免受过载、短路等损坏）。

3）绝对位置伺服系统的控制：精车机在工作中对进刀位置控制要求非常高，所以本机控制方式采用位置控制。脉冲输入方式使用集电极开路方式。指令脉冲串控制方式为：负逻辑脉冲串+符号。连接伺服电机的丝杆导程为5mm，伺服电机旋转一转所需的指令输入脉冲数为5000/转，即实际刀具前进分辩率为0.001mm/脉冲，不使用正反转行程限制。

四、主要程序介绍

1）绝对位置数据读取程序介绍：

M100为数据读取DABS指令的驱动软元件，在M100为初始常闭状态时驱动DABS指令，伺服ON（Y4）和ABS传送模式输出（Y5），通过接收传输数据准备完毕信号（X2）和 发送ABS请求信号，可一边确认相互的收发信，一边进行32+6位的数据通信。数据是通过bit0（x0）和bit1（x1）的2位的回路进行的。ABS数据读出结束时，执行结束标志位M8029接通，读取完成标志M1接通。读取的数据保存到D8340（低位）D8341（高位）寄存器内。指令驱动后5秒内未接收到数据读取完成标志（M1）接通，则读取超时软元件（T10）接通，精车机报警。

2）位置控制程序介绍：

M120为绝对位置控制DDRVA指令的驱动软元件，在M120接通后驱动DDRVA指令，脉冲口（Y0）发送相应脉冲数，发送的脉冲数值为（D8340-D200），D202为脉冲发送的频率，单位为Hz，方向信号（Y3），会根据（D8340-D200）值自动切换状态。当脉冲发送完成后，执行结束标志位M8029接通，定位完成标志M2接通，驱动软元件M120复位，精车机的刀具定位完成。

五、结束语

SR-1101型自动转子换向器精车机采用本系统后，换向器车削的圆度和粗糙度有了质的提高，初次对刀时间也大大缩短，产品的一致辞性也非常好。有望在今后的相应设备中得到广范应用。由于篇幅原因，本文只对这个系统作了简要的介绍，详细控制过程请参考三菱电机的相应手册。