摘要：提出了汽車柔性焊接生產(chǎn)線中應(yīng)用的分層伺服系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和硬件配置,，分析了采用邏輯控制與運動控制相結(jié)合的系統(tǒng)控制原理,，敘述了MP920控制器的參數(shù)設(shè)定方式，給出了伺服控制系統(tǒng)程序工作流程,。結(jié)合廣州本田汽車有限公司年產(chǎn)24萬整車自動焊接生產(chǎn)線設(shè)計建造的實例,，介紹了MP920伺服系統(tǒng)在自動化生產(chǎn)線中的實際應(yīng)用，給出了伺服系統(tǒng)的調(diào)試方法,，并對調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了分析,。實際應(yīng)用效果表明了所提體系結(jié)構(gòu)和控制模式的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：MP920伺服系統(tǒng),； 汽車制造,； 柔性焊接生產(chǎn)線； 電氣控制
0 引言
　　在汽車制造企業(yè)中,，車身焊接生產(chǎn)線是一條關(guān)鍵的生產(chǎn)線,，這條生產(chǎn)線決定車身焊接車間乃至整個企業(yè)的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的多樣化,。廣州本田汽車有限公司年產(chǎn)24萬轎車的自動化焊接生產(chǎn)線是一條貫通式流水線,，全線5個全自動工位：車身地板搬送工位、車身部件預(yù)裝配工位,、自動焊接工位,、車身卸載工位和車身夾具切換工位。該自動生產(chǎn)線全面采用了日本安川公司的MP920伺服系統(tǒng),，極大地提高了工裝夾具的定位精度和生產(chǎn)線的柔性化程度,。
　　本文從MP920伺服系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)、控制原理,、控制程序設(shè)計以及系統(tǒng)調(diào)試等幾方面介紹該生產(chǎn)線中的伺服系統(tǒng),，研究柔性自動化生產(chǎn)線中伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用。
1 伺服系統(tǒng)硬件配置
　　考慮系統(tǒng)的信息處理量大,，為了降低PLC的信息處理負(fù)擔(dān),，提高控制器之問的獨立性，系統(tǒng)采用了分層的體系結(jié)構(gòu),，第一層為主控PLC,，第二層為伺服控制器，兩個控制層之間采用現(xiàn)場總線進(jìn)行通信,。整個系統(tǒng)硬件配置如圖1所示,。

　　主控PLC是整條生產(chǎn)線的邏輯處理中心，它一方面協(xié)調(diào)控制現(xiàn)場各種設(shè)備按照工藝順序要求工作,，另一方面向上層監(jiān)控設(shè)備實時發(fā)送生產(chǎn)和設(shè)備狀態(tài)信息,。主控PLC選用OMRON公司的CS1H．CPU65型PLC系統(tǒng),。伺服系統(tǒng)采用日本安川電機公司的MP920伺服系統(tǒng)，該伺服系統(tǒng)由伺服控制器,，伺服驅(qū)動器和伺服電機組成,，其中伺服控制器是整條生產(chǎn)線的運動控制核心，控制伺服電機按照工藝要求精確運動,，同時還通過現(xiàn)場總線DeviceNet將伺服系統(tǒng)的狀態(tài)信息反饋給主控PLC,。伺服控制器選用MP920可編程控制器專門用于控制直線型伺服電機系統(tǒng)。伺服驅(qū)動器選用Σ系列SGDB型伺服驅(qū)動器,，伺服電機選用Σ系列SGM型伺服電機,。在車身自動焊接生產(chǎn)線中使用了3套MP920系統(tǒng)來控制了18個伺服電機。

2 MP920控制器工作原理
2.1 MP920控制器構(gòu)成
　　在MP920系統(tǒng)中,，CPU模塊（MP920）主要起數(shù)據(jù)處理（邏輯處理和運動處理）的作用,，并向運動控制單元（SVB一01）發(fā)送運動指令，并根據(jù)反饋信息作進(jìn)一步處理,。運動控制單元主要進(jìn)行指令處理和運動狀態(tài)處理,，通過Mechatrolink總線每個單元最多能單獨控制l4個軸。此單元能預(yù)先進(jìn)行參數(shù)設(shè)定,，根據(jù)CPU發(fā)送過來的指令進(jìn)行運動控制,，并將運動過程中的各種參數(shù)反饋到CPU單元中去。DeviceNet通信單元（260IF）通過 Device—Net協(xié)議與主控PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，進(jìn)行協(xié)同工作,，完成整線的控制。
2．2 MP920控制器參數(shù)設(shè)定
　　運動控制單元內(nèi)部有三類參數(shù)：固定參數(shù),、設(shè)定參數(shù)和監(jiān)控參數(shù),。其中固定參數(shù)包括電機參數(shù)、伺服驅(qū)動器參數(shù),、編碼器參數(shù)等固定數(shù)據(jù)；設(shè)定參數(shù)用來向伺服驅(qū)動器提供伺服控制命令,，在系統(tǒng)運行時可以實時更改,；監(jiān)控參數(shù)由與伺服馬達(dá)相連的編碼器反饋到運動控制單元的電機運動狀態(tài)數(shù)據(jù)，這些監(jiān)控數(shù)據(jù)可以在運動程序和邏輯程序中作為參考,。CPU單元對運動控制單元的控制是通過其I／O端口與運動控制單元的參數(shù)相互對應(yīng)建立的,。為建立這種聯(lián)系，須將CPU單元的輸出 I／O端口分配給運動單元的設(shè)定參數(shù),，輸入I／O端口分配給運動單元的監(jiān)控參數(shù),。CPU單元在進(jìn)行I／O刷新時將監(jiān)控參數(shù)讀入內(nèi)存，同時將伺服控制命令寫入到運動控制單元的設(shè)定參數(shù)中,，實現(xiàn)對運動控制單元的控制,。伺服系統(tǒng)的控制原理如圖2所示,。

2．3 MP920控制程序設(shè)計
　　MP920伺服控制器通過循環(huán)掃描用戶程序來進(jìn)行控制，用戶程序由視圖,、函數(shù)和運動程序組成,。其中視圖與函數(shù)主要用于完成順序邏輯控制，運動程序用于電機的運動控制,。為了節(jié)省系統(tǒng)資源,，將視圖分為高速掃描程序和低速掃描程序，高速掃描程序的掃描周期很短,，約為0．4ms,，用于處理實時性很強的伺服控制任務(wù)，是整個程序的主體,，在其中調(diào)用運動程序?qū)崿F(xiàn)對電機的精確控制,；低速掃描視圖掃描周期遠(yuǎn)低于高速掃描視圖，在程序系統(tǒng)中用于處理實時性要求較低的錯誤和警報,。
　　伺服系統(tǒng)控制程序采用模塊化編程,，各自針對要求不同的應(yīng)用設(shè)計了高速掃描視圖、低速掃描視圖和運動控制程序,。系統(tǒng)上電之后,，CPU就同時開始高速掃描與低速掃描兩個獨立的掃描過程，并在高速掃描過程中調(diào)用運動程序來進(jìn)行運動控制,。低速和高速掃描視圖的流程分別如圖3和圖4所示,。

3 調(diào)試結(jié)果分析
　　伺服系統(tǒng)調(diào)整主要調(diào)整系統(tǒng)的速度回路增益、速度回路積分時間常數(shù),、位置回路增益和扭矩指令過濾時間常數(shù)這幾個參數(shù),。通常按照下列步驟進(jìn)行：
第一步，較低地設(shè)定位置回路增益,，在不發(fā)生噪音或振動的范圍內(nèi)逐步提高速度回路增益,。
　　第二步，略微降低第一步中設(shè)定的速度回路增益降值,，在系統(tǒng)不發(fā)生上沖或振動的范圍內(nèi)逐步提高位置回路增益,。
　　第三步，根據(jù)定位調(diào)整時間,、機械系統(tǒng)的振動等情況設(shè)定速度回路積分時間常數(shù),。
　　第四步，如果機械系統(tǒng)發(fā)生的扭曲共振時,，適當(dāng)?shù)靥岣吲ぞ刂噶钸^濾時間常數(shù),。
　　最后，觀察系統(tǒng)響應(yīng)并對各個參數(shù)進(jìn)行微調(diào),，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,。
　　圖5是伺服電機的速度曲線和扭矩曲線,。從圖中可以看到，第一階段對電機進(jìn)行速度控制,，電機轉(zhuǎn)速響應(yīng)很快,，轉(zhuǎn)速由0增加到2000r／m的過程十分平穩(wěn)。第二階段對電機進(jìn)行扭矩控制,，電機由0增加到50％ 的額定扭矩響應(yīng)很快,，也沒有出現(xiàn)大的波動。表明按照這個方法進(jìn)行調(diào)試是可行的,，完全能夠滿足自動化生產(chǎn)線的需要,。

4 結(jié)束語
　　在實際生產(chǎn)中，該自動焊接生產(chǎn)線的伺服系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,，滿足了高品質(zhì)轎車車身焊接工藝的需要,，為廣州本田年產(chǎn)24萬轎車發(fā)揮了決定性作用。該伺服系統(tǒng)運動平穩(wěn)且定位速度快,，使得整條生產(chǎn)線的節(jié)奏控制在45,、7秒，最大程度上發(fā)揮了機械的效率,。該系統(tǒng)的成功在于系統(tǒng)設(shè)計上采用了分層的體系結(jié)構(gòu)和邏輯控制與運動控制相結(jié)合的控制方式,。隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，尤其是對車身質(zhì)量,、產(chǎn)量和成本的要求不斷提高,，伺服系統(tǒng)必將在汽車車身自動焊接生產(chǎn)線上廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[l]YASKAWA．Machine controller MP920 user‘s manual design and maintenance[M]．Japan：YASKAWA Electric Corpotation,，1998．
[2] OMRON SYSMAC．CS／CJ series PLC instruction reference manual[M]．Japan：OMRON Corpotation,，1999．
[3]OMRON SYSMAC．CS／CJ series DeviceNET units operation manual[M]．Japan：OMRON Corpotation，2000．
[4]OMRON Corpotation．OMRON DeviceNET（CompoBus／D） S1ave s operation manual【M】．Japan：OM RON
CORPORATION,，2000．
[5]趙熹華,，馮吉才．壓焊方法及設(shè)備【M】．北京：機械工業(yè)出版社，2005．
[6]王彬．中國焊接生產(chǎn)機械化自動化技術(shù)發(fā)展回顧【J】．焊接技術(shù),，2000,，（3）．
[7]黃石生．焊接機器人技術(shù)發(fā)展的回顧與展望【J】_焊接，2001,，（8）．