項(xiàng)瑩瑩

摘要：本設(shè)計(jì)針對(duì)電池包連接器的生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)出適用于連接器生產(chǎn)的自動(dòng)插針機(jī)的泛用型控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一定的示教學(xué)習(xí)能力，按照示教學(xué)習(xí)軟件功能模塊進(jìn)行增減，降低研發(fā)成本，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)插針機(jī)；三菱FX2N系列PLC；伺服控制結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TM383.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）07-0008-02

自動(dòng)插針機(jī)是用于接插件、端子、連接器等元器件自動(dòng)化生產(chǎn)的高端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)從散件組裝到產(chǎn)品成型，乃至最后成品性能測(cè)試全部自動(dòng)完成。對(duì)提高產(chǎn)能、成品率和節(jié)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(jī)的提速上，以實(shí)現(xiàn)節(jié)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(jié)構(gòu)不同，工藝不同，機(jī)械部分也不完全通用，整機(jī)都是專機(jī)專用，本設(shè)計(jì)針對(duì)電池包連接器的生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)出低成本的適用于連接器生產(chǎn)的自動(dòng)插針機(jī)的泛用型控制系統(tǒng)，具有一定的示教學(xué)習(xí)能力，模塊化軟件設(shè)計(jì)，不同類型的連接器的生產(chǎn)，可以適當(dāng)變動(dòng)工位結(jié)構(gòu)，通過人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行工藝示教，從而修改運(yùn)動(dòng)定位控制的參數(shù)，整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件基本不變，軟件按照示教學(xué)習(xí)對(duì)功能模塊進(jìn)行增減，盡量減少二次或多次開發(fā)的研發(fā)成本，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 自動(dòng)插針機(jī)控制系統(tǒng)方案

適用于連接器生產(chǎn)的自動(dòng)插針機(jī)的泛用型控制系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)的目標(biāo)，對(duì)控制器的要求相對(duì)專機(jī)專用的控制系統(tǒng)要高些。因此，采用三菱公司的FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列產(chǎn)品FX2N-80MT作為控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)的處理器，F(xiàn)X2N-80MT PLC的I/O接口總數(shù)高達(dá)80個(gè)，輸入、輸出點(diǎn)數(shù)各40個(gè)，通信功能接口豐富，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，這點(diǎn)非常適合通用型控制平臺(tái)的開發(fā)，同時(shí)滿足設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。人機(jī)交互系統(tǒng)方面，采用PLC+觸摸屏結(jié)構(gòu)，方便采用組態(tài)軟件進(jìn)行人性化、個(gè)性化的人機(jī)交互界面系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主軸驅(qū)動(dòng)采用伺服電機(jī)，PLC的脈沖輸出驅(qū)動(dòng)模塊和外部中斷模塊，與伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的伺服控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高速高精度的定位控制。其他插針工位采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，配合各個(gè)狀態(tài)檢測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。此外，系統(tǒng)還配有聲光報(bào)警、應(yīng)急指示燈、上位機(jī)通訊等功能模塊。

基于三菱FX2N系列PLC的控制系統(tǒng)硬件方案如圖1所示。

2 運(yùn)動(dòng)控制算法設(shè)計(jì)

高速度運(yùn)動(dòng)和迅速精確定位是高速高精度單軸點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，但高速運(yùn)動(dòng)和精確定位是兩個(gè)矛盾的性能要求。高速運(yùn)動(dòng)要求平臺(tái)能充分使用平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能，使得輸送平臺(tái)以最大的加速度快速達(dá)到最大速度運(yùn)動(dòng)，而高精定位則要求輸送平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的速度為零，且精確定位在目標(biāo)位置。根據(jù)自動(dòng)插針機(jī)定位平臺(tái)的特點(diǎn)，最終選定bang-bang控制器和滑?？刂破鲗?shí)現(xiàn)高速高精度定位。

將自動(dòng)插針機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分成高速運(yùn)動(dòng)和高精定位階段，在高速運(yùn)動(dòng)階段采用bang-bang控制器，充分利用電機(jī)的加減速性能，并使用重復(fù)學(xué)習(xí)算法確定bang-bang控制器的切換位置，從而消除了負(fù)載慣量使平臺(tái)響應(yīng)變慢的影響；在高精度定位階段，采用滑?？刂破饕砸种仆饨绺蓴_對(duì)高精度定位的影響，實(shí)現(xiàn)快速高精定位?；趦蓚€(gè)控制器結(jié)合控制的自動(dòng)插針機(jī)定位平臺(tái)控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的控制系統(tǒng)是基于現(xiàn)有電池包連接器自動(dòng)插針機(jī)設(shè)計(jì)的，對(duì)電池包連接器的生產(chǎn)工藝作了一定的研究，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的動(dòng)作流程。根據(jù)電池包連接器自動(dòng)插針機(jī)的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的自動(dòng)插針機(jī)的動(dòng)作流程圖如圖3所示。在自動(dòng)機(jī)進(jìn)入流水線運(yùn)行狀態(tài)后，多個(gè)工位可以并行工作，并且實(shí)現(xiàn)了從送料、插針、裁切鉚緊到產(chǎn)品檢測(cè)全自動(dòng)完成，下線后即為待包裝的成品。

4 結(jié)語

在理解電池包連接器自動(dòng)插針機(jī)生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以三菱FX2N-80MT為控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)的處理器的自動(dòng)插針機(jī)控制系統(tǒng)平臺(tái)。根據(jù)自動(dòng)插針機(jī)定位平臺(tái)的特點(diǎn)，選定bang-bang控制器和滑?？刂破鲀煞N控制器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)高速高精度定位。軟件設(shè)計(jì)方面，通過人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能模塊的選擇，并且設(shè)計(jì)示教、學(xué)習(xí)功能，以達(dá)到軟硬件都具備較強(qiáng)的通用性。

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