李巍 宋健

(上海通用(沈陽(yáng))北盛汽車有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110025)

淺談DNET網(wǎng)絡(luò)控制伺服氣缸在工業(yè)設(shè)備上的應(yīng)用

李巍 宋健

(上海通用(沈陽(yáng))北盛汽車有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110025)

伺服氣缸以標(biāo)準(zhǔn)氣缸為主體,以電子氣缸定位器為核心,并且通過(guò)給定的標(biāo)準(zhǔn)模擬電信號(hào)完成對(duì)氣缸拉桿伸出0-100%的全過(guò)程的連續(xù)模擬控制。伺服氣缸控制器通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備直接和上層控制器進(jìn)行通信,無(wú)需通過(guò)大量硬接線與I/O模塊連接。

伺服氣缸 比例閥 模擬信號(hào) DeviceNet通訊 控制器

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)氣動(dòng)系統(tǒng)只能在兩個(gè)機(jī)械設(shè)定位可靠定位并且運(yùn)行速度只能靠單向節(jié)流閥設(shè)定的狀況已經(jīng)無(wú)法滿足許多設(shè)備的自動(dòng)控制要求。因此，伺服氣缸的電氣比例和伺服控制定位系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)椴捎盟欧飧锥ㄎ幌到y(tǒng)可非常方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)無(wú)級(jí)定位和無(wú)級(jí)調(diào)速，達(dá)到減少氣缸的動(dòng)作時(shí)間，提升生產(chǎn)效率。本文介紹伺服氣缸技術(shù)在通用汽車儀表板機(jī)械臂設(shè)備上的應(yīng)用。

圖1

圖2

1 伺服氣缸控制系統(tǒng)介紹

(1)伺服氣缸控制系統(tǒng)組成：該控制系統(tǒng)由控制器、氣缸、比例閥、位移傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制，定位精準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定。(2)伺服氣缸工作原理：如下圖所示，伺服汽缸以標(biāo)準(zhǔn)氣缸為主體，以電子氣缸定位器為核心，并且通過(guò)給定的標(biāo)準(zhǔn)模擬電信號(hào)完成對(duì)氣缸拉桿伸出0-100%的全過(guò)程的連續(xù)模擬控制。該系統(tǒng)的基本原理是通過(guò)控制放大器、電—?dú)獗壤y、氣缸的調(diào)節(jié)作用，使輸入電壓信號(hào)Ue與氣缸位移反饋信號(hào)Uf(Uf與氣缸位移之間是線性關(guān)系)之差U減小并趨于零，以實(shí)現(xiàn)氣缸位移對(duì)輸入信號(hào)的跟蹤。調(diào)節(jié)過(guò)程如下：若給定的輸入信號(hào)Uf大于反饋信號(hào)Uf，U＞0，控制放大器輸出電流I增大，使-電—?dú)獗壤y的閥芯左移，氣源口與A口之間的節(jié)流面積增大，氣缸A腔的壓力Pa升高并推動(dòng)活塞右移。氣缸活塞的右移又使反饋電壓信號(hào)Uf增大，因此電壓偏差U減小，直至U幾乎為零(采用PID調(diào)節(jié)的控制放大器可將穩(wěn)態(tài)偏差調(diào)節(jié)至零)。當(dāng)給定的輸入信號(hào)小于反饋信號(hào)Uf時(shí)，U＜0，同樣通過(guò)類似于上述的調(diào)節(jié)過(guò)程使偏差趨于零。因此在穩(wěn)定時(shí)，U=0即Ue=Uf=KX(K為常數(shù))這就實(shí)現(xiàn)了輸入信號(hào)Uf對(duì)氣缸活塞位移X的比例控制。上述的調(diào)節(jié)過(guò)程是在一段很短的時(shí)間內(nèi)完成的，故只要輸入信號(hào)Ue的主要頻率分量在系統(tǒng)的頻寬之內(nèi)，氣缸活塞位移就可以跟蹤Ue的變化(圖1）。

2 伺服氣缸在儀表板機(jī)械臂上的應(yīng)用

(1)儀表板機(jī)械臂將儀表板總成抓取并運(yùn)送到車內(nèi)完成拼合操作，過(guò)程中設(shè)備需要頻繁升降并且需要精準(zhǔn)定位?，F(xiàn)場(chǎng)機(jī)械臂設(shè)備的升降機(jī)構(gòu)采用伺服氣缸系統(tǒng)進(jìn)行升降控制，該控制系統(tǒng)使用最新型的集成控制器，可通過(guò)Devicenet網(wǎng)絡(luò)通訊來(lái)接受并反饋狀態(tài)控制參數(shù)，電氣控制采用Dnet網(wǎng)絡(luò)控制，減少電纜的使用數(shù)量，降低設(shè)備故障率[1]。無(wú)需使用者掌握復(fù)雜的控制技術(shù)和氣體力學(xué)等方面知識(shí)即可操作氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)并對(duì)控制參數(shù)的設(shè)定進(jìn)行調(diào)整。(2)該系列伺服氣缸控制器具備Dnet網(wǎng)絡(luò)控制功能，它使控制數(shù)據(jù)能夠同時(shí)到達(dá)網(wǎng)上的各個(gè)站點(diǎn)單元，網(wǎng)絡(luò)利用率高；一般采用Polled輪詢模式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取[2]，在每個(gè)掃描周期都對(duì)設(shè)備進(jìn)行掃描，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制器進(jìn)行閉環(huán)通訊[3]。DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放性、低廉性、可靠性、高效性的優(yōu)點(diǎn)特別適合于高實(shí)時(shí)性要求的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的底層設(shè)備控制。這些優(yōu)點(diǎn)都為更高的生產(chǎn)率提供了有力保障。如圖2所示。

3 DNET網(wǎng)絡(luò)控制伺服氣缸的優(yōu)勢(shì)

經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，在汽車工廠應(yīng)用DNET網(wǎng)絡(luò)控制伺服氣缸有很多值得借鑒的優(yōu)點(diǎn)：(1)接線簡(jiǎn)單，控制方便。(2)定位精準(zhǔn)，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性高。(3)具有診斷功能，伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障均有反饋信息。(4)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在安全生產(chǎn)、提升效率等方面發(fā)揮了重要的作用，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)具備優(yōu)越的靈活性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，更為突出的是，工控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的結(jié)合，給企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1]羅克韋爾.培訓(xùn)資料Allen-Bradley DeviceNet電纜系統(tǒng) (Cat. No.DN-6.7.2).

[2]張華.Allen-Bradley DeviceNet網(wǎng)絡(luò)組態(tài)Lab7-2.

[3]Jerome.CCR通用汽車標(biāo)準(zhǔn).lab3-6.

李巍(1963—),男,遼寧省沈陽(yáng)人,自動(dòng)化專業(yè),維修經(jīng)理,從事制造業(yè)設(shè)備運(yùn)維管理工作;

宋健(1984—),男,遼寧省沈陽(yáng)人,電氣自動(dòng)化專業(yè),工程師,從事制造業(yè)設(shè)備運(yùn)行技術(shù)研究工作。