摘要：基于總線形式由PLC與交流伺服系統(tǒng)組成的位置伺服同步跟蹤系統(tǒng)能夠使機器能快速同步，實現(xiàn)高速電阻焊機數(shù)字化過程控制。通過由PLC控制交流伺服電動機多軸聯(lián)動系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的機械聯(lián)動機構(gòu)，實現(xiàn)機器各運動之間運動的協(xié)調(diào)，保證各個相關(guān)動作能夠快速準(zhǔn)確同步運行，不僅使各運動關(guān)系之間的“機械鎖合”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;電子鎖合”，同時簡化凸輪、無級變速機和萬向聯(lián)軸器等復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的可靠性，從而提高整機的工作性能。
　　　　
　　1、典型高速電阻焊機的傳動結(jié)構(gòu)
　　
　　高速電阻焊機具有多路復(fù)雜的高速動作，同時要求具有的相互聯(lián)動關(guān)系，多采用機械傳動剛性聯(lián)接裝置來實現(xiàn)。圖1是典型電阻焊機傳動示意圖：由一臺主電機（11）通過齒輪變速箱（12）帶動多個相關(guān)的動作系統(tǒng)。　　
　　其中，送罐系統(tǒng)是機器的主運動系統(tǒng)，稱焊接節(jié)拍運動，其運動速度主要由每分鐘所能焊接的罐數(shù)決定。通過由齒輪變速箱（12）、蝸桿減速機（2）、萬向聯(lián)軸節(jié)（1）、凸輪裝置（13）驅(qū)動輸送鏈（14）運動，利用輸送鏈條上的鉤爪把垂吊于溝槽內(nèi)的罐筒體送到打罐位置。
　　
　　銅線驅(qū)動系統(tǒng)由齒輪變速箱（12）通過無級變速機（4）、蝸桿減速機（5）帶動上焊輪（8）及多槽輪（6）驅(qū)動銅線作均速運動，銅線的運動速度主要由節(jié)拍速度及罐體高度決定。
　　
　　吸推鐵系統(tǒng)從齒輪變速箱（12）通過無級變速機及蝸桿減速機（1O）帶動曲柄滑塊機構(gòu)作吸推鐵運動，按照送罐節(jié)拍準(zhǔn)時地吸取片材并送到成圓機構(gòu)進(jìn)行成圓，成圓后的罐筒體置于過渡導(dǎo)塊的溝槽內(nèi)處于垂吊狀態(tài)。
　　
　　打罐系統(tǒng)由齒輪變速箱（12）通過萬向聯(lián)軸節(jié)及凸輪裝置（9）帶動打罐擺臂（7）完成打罐動作，當(dāng)送罐機構(gòu)把罐簡體送到位置后，打罐擺臂在規(guī)定的時間內(nèi)即把罐簡體打進(jìn)焊接位置。
　　
　　在整個工作過程中吸、推鐵、輸送鏈（送罐）、打罐擺臂（打罐）等要求有較的協(xié)調(diào)動作關(guān)系，因此機械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其中無級變速機、萬向聯(lián)軸器和凸輪等由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工件加工困難，而且在使用過程中容易磨損，成為精度下降的主要原因和主要故障源。
　　
　　為了簡化凸輪裝置、無級變速機和萬向聯(lián)軸器等復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，采用由PLC與交流伺服系統(tǒng)組成的位置伺服同步跟蹤控制系統(tǒng)，用電氣柔性同步傳動代替機械的剛性同步傳動，簡化系統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性，從而提高整機的工作性能。
　　
　　2、控制系統(tǒng)的組成
　　
　　通過PLC與交流伺服系統(tǒng)組成的位置伺服同步跟蹤控制系統(tǒng)控制電阻焊機的原理圖如圖2所示，所有的伺服電機都選用帶減速機的伺服電機。M1是驅(qū)動送罐系統(tǒng)輸送鏈的伺服電機，利用輸送鏈條上的陶制鉤爪將垂吊于過渡溝槽的簡體準(zhǔn)確地送至打罐位置，實現(xiàn)送罐功能。M1作為系統(tǒng)的主運動，其運動速度主要由焊接速度決定，并由PLC通過422總線提供運行速度的設(shè)定值，M1運行在速度控制模式。　　
　　M2是驅(qū)動吸推鐵系統(tǒng)的伺服電機，由M2驅(qū)動曲柄滑塊機構(gòu)進(jìn)行吸、推鐵送料運動，M2每轉(zhuǎn)一周，系統(tǒng)完成一次吸鐵及推鐵的送料運動，其作用是將按節(jié)拍一張一張準(zhǔn)確地送到規(guī)定的位置上，由成圓機構(gòu)將薄板卷曲成圓罐體。
　　
　　M3是驅(qū)動打罐擺臂運動的伺服電機，M3帶動平面7桿機構(gòu)作打罐運動，實現(xiàn)打罐功能，機構(gòu)每運轉(zhuǎn)一周，即完成一次打罐動作。
　　
　　由于M2、M3必須準(zhǔn)確配合協(xié)調(diào)M1運行，也即M2必須根據(jù)M1的運行狀態(tài)，準(zhǔn)時將薄板送出至成圓機構(gòu)，卷曲后以圓罐體形式送到準(zhǔn)確的位置；同樣M3必須根據(jù)M1的運行狀態(tài)，準(zhǔn)時把罐體打進(jìn)焊接位置。因此M2、M3運行在位置控制模式，由M1伺服電機的脈沖編碼器輸出的脈沖信號作為M2、M3的位置指令輸入脈沖信號，這樣只要調(diào)整好M2、M3位置環(huán)的增益，M2、M3便能跟蹤M1運行，從而達(dá)到同步跟蹤的目的。
　　
　　S1、S2、S3分別是吸、推鐵、輸送鏈條、打罐擺臂的零點位置檢測傳感器，分別聯(lián)接到PLC的中斷輸入端口，用于校正各機構(gòu)的零點位置。系統(tǒng)每次啟動時都在PLC的控制下*行一次零點位置校正，并在系統(tǒng)運行過程中不斷對Sl、S2、S3的位置進(jìn)行檢測，并對M2、M3的增益進(jìn)行同步調(diào)整，從而達(dá)到控制系統(tǒng)同步的目的。[31M4是銅線驅(qū)動伺服電機，運行在速度控制模式，其運行速度由制罐節(jié)拍、罐體高度決定，由于采用伺服電機作為銅線的驅(qū)動電機，因此銅線運行較為平穩(wěn)，基本不需調(diào)節(jié)。
　　
　　M5、M6分別是放線及收線變頻調(diào)速電機，由于銅線經(jīng)過壓扁、焊接發(fā)熱之后會有一定的伸縮，因此需要控制電機的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制銅線張緊的目的，本系統(tǒng)中選擇帶內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能的變頻調(diào)速器，變頻器的速度給定信號由PLC通過總線形式給定，銅線的張緊程度由傳感器反饋給變頻器，由變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)功能進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，因此只要在系統(tǒng)中設(shè)定好變頻器的有關(guān)參數(shù)便可達(dá)到控制銅線張力的目的。由于使用了內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能的變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，從而減少了PLC的A／D及D／A模塊，同時也減少了PLC進(jìn)行調(diào)節(jié)運算的負(fù)擔(dān)，提高了調(diào)節(jié)速度。
　　
　　3、控制系統(tǒng)主要工作流程
　　
　　相應(yīng)控制系統(tǒng)主要工作流程如圖3所示：系統(tǒng)每次啟動時都先自動進(jìn)行一次零位校正，所有的機構(gòu)均從零位開始工作。然后PLC根據(jù)設(shè)定的制罐速度，控制送罐伺服電機M1運轉(zhuǎn)。伺服電機M1的脈沖編碼器的輸出脈沖信號分2路分別送到工作于位置控制模式的伺服電機M2、M3位置脈沖信號的輸入端，使M2、M3跟蹤M1的運行。在運轉(zhuǎn)過程中PLC根據(jù)零位反饋的誤差信息，來調(diào)節(jié)控制M2、M3跟蹤M1運轉(zhuǎn)。從而控制吸、推鐵、送罐及打罐的動作協(xié)調(diào)關(guān)系。　　
　　同時，PLC根據(jù)制罐速度及罐體的高度計算出銅線的運行速度，并控制伺服電機M4驅(qū)動多槽輪帶動銅線按給定速度作均速運行。根據(jù)銅線的運行速度由PLC計算出放線及收線變頻調(diào)速電機的運行速度，PLC同樣通過422總線給變頻器提供一個速度給定信號，由于變頻調(diào)速器是采用RS485總線的形式的，因此在變頻器的總線上需加裝一只422轉(zhuǎn)485的總線轉(zhuǎn)換器。變頻器根據(jù)PLC的給定速度及銅線張緊傳感器的反饋值，利用自帶的PID調(diào)節(jié)功能進(jìn)行P1D調(diào)節(jié)運算，從而保證銅線能自動快速張緊。由于采用變頻調(diào)速器自帶的PID調(diào)節(jié)功能，因此運行穩(wěn)定可靠，而且調(diào)整方便，只要設(shè)定好有關(guān)參數(shù)即可。
　　
　　利用伺服電機的轉(zhuǎn)矩限制功能，根據(jù)M1、M2、M3三臺電機的工作性質(zhì)不同分別對伺服電機進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)矩限制，轉(zhuǎn)矩限制值同樣通過總線形式直接進(jìn)行設(shè)定，同時把各電機的轉(zhuǎn)矩達(dá)到信號接到PLC的輸入端口作為安全報警信號，取代原來機械剛性傳動時的安全離合器功能。
　　
　　4、小結(jié)
　　
　　由于采用總線形式，因此控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，而且為上位機監(jiān)控及遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了有利條件。由于系統(tǒng)在跟蹤過程中直接對位置進(jìn)行跟蹤補償，因此比單純采用速度跟蹤的方式更為迅速而且準(zhǔn)確，使系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定工作。同時，由于利用變頻調(diào)速器內(nèi)置的PID進(jìn)行調(diào)控制，因此使系統(tǒng)更加簡單，而且減少了PLC的運算壓力。