我公司是一家集化工、機械、電子等多方面于一體的國有大型高科技企業(yè)，屬于較典型的生產(chǎn)型企業(yè)，包含了高壓變配電、強電控制、弱電控制及計算機網(wǎng)絡化控制；使用的設備涉及到美、日、德等多個國家和地區(qū)，也有很多國產(chǎn)設備。在生產(chǎn)進行過程中，通過設備技術(shù)上的創(chuàng)新，提高開機率和降低設備故障率，為生產(chǎn)穩(wěn)定、提高成品率和經(jīng)濟效益提供最有效的保障，這是作為設備技術(shù)人員的職責。
因此，對設備進行改良，按照“穩(wěn)—精—新”（即在設備及生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，進行精確控制，追求不斷創(chuàng)新）的工作思路，采用更先進、更穩(wěn)定的控制技術(shù)來提高設備運行精度和穩(wěn)定性，才能打破制約生產(chǎn)效益增長的瓶頸，創(chuàng)造更多的社會財富和企業(yè)生產(chǎn)效益。
而我所在部門的設備主要以液壓、氣壓裝置和交流伺服控制系統(tǒng)為主，其中交流伺服控制與PLC編程控制的綜合應用得最為廣泛，在生產(chǎn)中的各個工序環(huán)節(jié)都使用了伺服電機進行高精度控制來滿足生產(chǎn)工藝上的需求。各個廠家的伺服系統(tǒng)在組成原理方面基本是相同的。PLC基本上采用的是標準化、模塊化結(jié)構(gòu)，因其易于檢查維護，更換模塊操作也很簡便。而生產(chǎn)現(xiàn)場運動的電機需要長期工作在高溫及頻繁正反轉(zhuǎn)的這樣極惡劣的運行環(huán)境下，其運動過程中也需要滿足多個位置、多種速度的工藝要求，因此需要很精確的控制電機加/減速度和速度超調(diào)、位置誤差等工作特性曲線，普通電機是不能滿足的，所以選用了伺服電機及其控制方式。
下面以我車間銷釘工序使用的施耐德電子公司的伺服電機為例闡述，借此以窺伺服電機系統(tǒng)在工業(yè)化生產(chǎn)中應用及其的改進之一斑。
原來使用的是型號為S74D-S00 P010（3.24KW）交流伺服電機。其控制系統(tǒng)采用位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)的三環(huán)反饋控制，能夠?qū)ο到y(tǒng)進行精確定位；其硬件由多種類型模塊及驅(qū)動器組成：
1、 中央控制器——頻率186MHZ、內(nèi)存為512K（型號：CPU 113 03）；
2、 電源模塊——電壓為115V/230VAC、電流8A（型號:140 CPS 114 00）；
3、 I/O模塊——開關(guān)量型DDI、DDO，模擬量型DAI、DAO；
4、 位置控制模塊——型號：MSC 101 00；
5、 通訊模塊——NOM 211 00；
6、 變壓器——輸出199V和33V電壓；
7、 驅(qū)動器——DR1030（CYLINE 1000A）；
8、 伺服反饋電纜
9、 其他連接電纜（通訊用站電纜、TAP頭）；
10、 圖形工作站——型號：XBT F-023310，作為操作盤功能、監(jiān)控顯示、參數(shù)調(diào)整、報警指示等功能。
其構(gòu)成簡要框圖如下：
各部分功能為：1、電源模塊提供380V動力電和12V控制電壓。
2、PLC控制位控模塊和接受I/O模塊信號。
3、編碼器反饋速度控制變量等到位控模塊。
4、MSC101位控模塊（可編程）檢測位置、速度等變量，送PLC。
該伺服電機多軸運動控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和精確度還可以，但使用元器件較多、結(jié)構(gòu)復雜，相應的故障率較大、維護比較困難。
其伺服驅(qū)動裝置接線原理圖如下圖所示：
由該原理圖可以看出其元件眾多、電壓等級多樣繁復。而且該系統(tǒng)找尋電機原點方式繁雜，系統(tǒng)必需要一個原點OFFSET偏值，此原點偏值隨每臺電機（同型號）不同而不同，（每臺交流伺服電機都有一個偏角值，啟動時，必須在此偏差角范圍內(nèi)才能穩(wěn)定停止，隨后電機以此為零位置可任意正反轉(zhuǎn)。）。在自動尋得原點后，可使電機正常運轉(zhuǎn)，但是在PLC控制模塊斷電后，再重新啟動時，程序仍將運行位置控制模塊里原先設定的角度偏值即位控參數(shù)，運行原先設定的值會造成電機原點OFFSET不正確，故要在每次更換交流伺服電機時找到該電機的原點偏值并輸入到位置控制模塊程序里進行保存。否則，會引起電機失速（即飛車），造成電機及其他設備損壞。
鑒于此類不穩(wěn)定因素，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，我們重新選用了施耐德公司的BPH系列無刷電機中的BPH 1902N和MHDA系列伺服驅(qū)動裝置中的1056N相組合的運動控制系統(tǒng)。新運動控制系統(tǒng)產(chǎn)品將速度環(huán)和電流環(huán)集成在驅(qū)動器上，減少了元件，提高了其集成度，使設備線路簡潔，降低了故障率。我車間在2003年2月14日抓住C220線壓機計劃停機大修轉(zhuǎn)位直線缸的契機，在公司主管領(lǐng)導多方關(guān)心、密切協(xié)調(diào)，解決了設備改造上的硬件條件。原設備拆除和硬件安裝接線在我的指導安排下順利進行，耗時兩天。因為我在該系統(tǒng)使用和軟件方面了解得最深刻，所以整個調(diào)試修改工作就由我來獨立進行。
我采用了倒逼方式，分節(jié)設置參數(shù)，調(diào)試正常后，再總裝調(diào)試的步驟。先調(diào)試電機只在MHDA驅(qū)動器控制下，通過上位機——筆記本電腦里的控制軟件（MMDS）監(jiān)控，調(diào)整加/減速度、參數(shù)修改等，使電機靜態(tài)時特性穩(wěn)定，啟/停過程平緩無沖擊。完成該步后，再連接上位置控制模塊（140 MSB 101），有外部干擾存在的實際工作環(huán)境下，再次調(diào)試其運動控制特性。最后接入PLC信號，模擬完全系統(tǒng)（電機不帶負載）工作參數(shù)調(diào)整，滿足要求后才連接負載，進行完整的聯(lián)動試車。
整個安裝調(diào)試過程共進行了三天，取得了圓滿的成功，至今設備運行狀態(tài)良好。
改進后的設備架構(gòu)基本未變，但是具有監(jiān)控電機尋原點更加可視化，運動參數(shù)儲存在驅(qū)動器內(nèi)、調(diào)整更加方便，運行更加穩(wěn)定的改良特性。并且，在設備組成上接線線路很簡明，脈絡簡單，元器件更少。相比之下：
1、原輸入380V交流電壓，通過變壓器轉(zhuǎn)換輸出199V和33V給驅(qū)動器電源，再由驅(qū)動器電源轉(zhuǎn)換輸出正/負12V和20V電壓給驅(qū)動器，還有24V電壓開關(guān)量信號，最后連接到電機輸出380V交流電壓。可見其電壓等級繁多，設備復雜。
改進后的控制系統(tǒng)僅輸入380V交流電壓，進入驅(qū)動器后直接輸出380V交流電壓，外部接線十分簡單明了，少了很多轉(zhuǎn)換設備，而且驅(qū)動器具有電機特性參數(shù)存儲功能。
2、新系統(tǒng)電機為無刷式電機，其穩(wěn)定性和耐用性更高，電機本身靜態(tài)特性更優(yōu)良。
3、連接線路簡化了，干擾產(chǎn)生更少，抗干擾能力也更強，使電機控制系統(tǒng)更穩(wěn)定。
通過對上述系統(tǒng)的比較、分析，可以看出：正是由于伺服控制系統(tǒng)的高精度性，高可靠性，高平穩(wěn)性及易于控制調(diào)整等等優(yōu)良特性，使得伺服控制系統(tǒng)的應用更加廣泛，其控制技術(shù)也不斷進步、發(fā)展，為工業(yè)化進程作出更多的貢獻。
（轉(zhuǎn)載）
