摘要:讨论4台三菱J3交流伺服系统、4个FX2N-10GM的定位模块与三菱2N系列的PLC组成的控制系统以及硬软件的设计，实现对轿车点火锁耐久性测试，实践证明，该系统可靠性高、经济性强。

关键词:交流伺服系统、定位模块、点火锁、PLC、夹具

1引言

随着我国在近几年汽车工业的飞速发展，各种级别的乘用车走进了千家万户，当今的消费者也对车辆的主动安全和被动安全都比以往更加重视。故人们对轿车上的每个零件可靠性都要有更高的要求。

2系统的构成及功能

2.1系统的构成

此试验检测设备是对乘用车各种点火锁进行耐久性试验。此设备主要包括各类点火锁夹具、4套交流伺服系统、3个电阻负载箱、1个仪表显示柜、1个带人机界面的操作站、三色显示柱灯。

2.2功能描述

2.2.1一般描述

本点火锁耐久性试验设备是对吉利控股集团现有各种乘用车车型点火锁零件进行耐久性测试，及转向锁在产品规定的额定电流和试验电压的条件下工作5万次后，各部分无异常现象发生、绝缘电阻、触点压降、钥匙转动力矩等均应符合标准的规定（QC/T29029-91国家标准）。

2.2.2详细描述

1）操作者将3种钥匙分别安装在相应的夹具上，并固定牢固、此时各钥匙的角度基准零度应与3个旋转轴零点保持一致的位置。

2）系统上电后，分别对4个伺服轴进行电气回零点，再在触摸屏上手动点动0轴（主进给轴），直到3种钥匙的手柄完全伸到3个旋转的机械手里，记下0轴进给的脉冲数，并将此数输入到0轴第一次进给脉冲数中，0轴如果没有第二次进给，则在第二次进给脉冲数中输入同样的值（此系统采用绝对位置控制）；在试验次数中输入要试验的次数（标准为5万次）；具体设置见图一。

图一：参数设置1

3）根据各钥匙的旋转角度，分别将对应的3个角度所需要的脉冲数输入到3次进给的参数中；1、2、3轴的回退速度只在有0轴有第二次进给时才设定合适的对应值，以保证0轴与1、2、3轴同步联动回到指定位置，无此要求时此值可以随意输入,具体设置见图二。

图二：参数设置2

4）分别启动各伺服轴，当4个轴都进入自动后，柱灯的绿灯会亮，系统进入全自动状态。再进入如下图三所示的监控界面观察设备运行状态。

图三：试验监控界面

5）当3把点火锁试验都达到设定的试验次数时，伺服系统会自动停下来。

3控制硬件设计接口描述

3.1控制设备硬件结构如图图四，为了简化接线，设备之间采用总线连接。GT1155-QSBDC触摸面板为中文界面,界面直观.操作者可根据相应的提示直接进行相应的手/自动操作。

图四：硬件系统图

3.2接口描述

3.2.1接口列表

1）各伺服驱动器的安全控制方面的接口信号采用串联与急停按钮相连接以保证安全；

2）伺服驱动器的其它接口信号通过总线与定位模块相连接，定位模块与PLC通讯。

3）触摸屏的内置接口与PLC相连接。

3.2.2信息交换处理

1）PLC与定位模块的数字信号交换有：

2）PLC与定位模块的数据交换有：

4程序组织结构

4.1定位模块程序说：

该系统采用的是三菱FX2N-10GM的定位模块，该模块程序编写所用的应用软件为三菱的FXVPS-E的软件，该软件除可对定位模块的参数设置外，还可以对控制的轴的程序进行编写，下面图五为0轴控制的部分程序，及0轴在零点丢失的情况下的回零程序示意图。

图五：0轴回零程序

4.2部分PLC程序结构描述

该系统采用结构化的编程方式进行编写，可读性强，将程序分成几块来管理，一般输入块（即所有按钮输入等）、运动输入块（即所有气缸运动位置检测），过程处理块（按照工艺流程编写程序），一般输出块（即象报警、指示灯等信号）、运动输出块（即输出到电磁上的信号），这样分类后，便于维护人员在设备出现故障时联机快速查找故障。

由于该系统为4轴控制系统，定位精度高（0轴电气精度为0.00125毫米、1/2/3轴旋转电气精度为0.03度），4个轴之间的数据信号交换较多，故采用了FX2N-64MR的PLC作为中央处理器，定位模块从伺服驱动器中采集相应的数据信号，PLC采集各个定位模块的数据信息后，进行运算处理，将一些数据信息传送到各自的定位模块，下图六是PLC数据读写的部分程序。

图六：PLC程序

5J3伺服驱动器重点参数设置

三菱通用伺服MELSERVO-J3系列是在MELSERVO-J2-Super系列基础上开发的性能更高、功能更丰富的交流伺服。控制模式有位置控制、速度控制和转矩控制三种。还可以选择位置/速度切换控制，速度/转矩切换控制和转矩/位置切换控制。所以本伺服不但可以用于机床和普通工业机械的高精度定位和平滑的速度控制，还可以用于线控制和张力控制等，应用范围十分广泛。此外，本产品还有USB和RS-422串行通信功能，可以使用装有伺服设置软件的个人计算机，进行参数的设定、试运行、状态显示的监控和增益调整等。本产品的实时自动调整功能可以根据机械自动调整伺服的增益。MELSERVO-J3系列伺服电机采用了分辨率为262144脉冲/转的绝对位置编码器，与MELSERVO-J2-Super系列相比，可以进行更高精度的控制。伺服放大器只需安装电池，就可以构成绝对位置检测系统。这样，只需进行一次原点设定，在电源开启和报警发生时就不再需要原点回归。在本系统中部分重点参数设置如下表：

6结束语

本控制系统调试成功后，基本未做改动即投入运行，目前运行很稳定，至今的运行实践表明：

（1）、系统设计构思严谨，功能稳定可靠，基本不需要维护。实现了集中操作，分散管理，且操作简单、直观。

（2）、调试和故障诊断方便、快速，故障诊断功能使操作员能及时发现生产的故障并确定其位置，缩短了排除故障的时间。

（3）、系统的性能好，能够满足乘用车点火锁耐久性试验设备技术设计的需求。

（4）、系统采用总线控制，可扩展性好，便于未来的扩容。

参考文献：

1、汪小光可编程控制器原理及应用[M]…机械工业出版社1998版

2、施耐德电气工业自动化产品目录[P]…………施耐德公司2006版

3、MR-J3伺服放大器技术资料集[P]………………三菱公司2007版

4、FX2N-10GM和FX2N-20GM硬件/编程手册[P]……三菱公司2000版

5、陈龙ABB机器人与TSX57处理器在汽车焊接中的应用研究…………………电气时代2007、9121-124

作者简介：

陈龙，男，1977年10出生，本科，工业自动化工程师，毕业于武汉大学《电子工程》专业，主要从事电气自动化系统工程设计与研究工作。