苏州西门子授权一级代理商通讯电缆供应商

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机座角板焊接是一道重要的生产工序，其目的是将角板通过凸焊机焊接固定在机壳上，使电机得以安装在风扇总成的风罩上。机座角板的分布有三等分均布的，也有非三等分分布的。传统的焊接方法是：操作者将机壳放入根据机座焊接高度定制的焊接夹具中，将角板放置在带有磁钢的夹具定位块内贴住机壳；将带座的焊接夹具置于凸焊机的焊接电上；踩下脚踏开关，凸焊机焊接；手动旋转夹具到下一个角板焊接位置，重复步骤3，直至焊完所有角板；取下夹具，将焊好的机座取出，完成一次机座角板的焊接操作。    

    由于人工转动夹具，操作者在焊接时住夹具的作用力大小不同，会造成角板轴向定位存在误差。同时，整个操作过程操作者要重复转动多次，致使操作者劳动强度较高。种种问题影响了产品质量和生产效率，因此我们设计了一套半自动角板焊接夹具来解决上述问题。

    根据机座角板焊接工序的特点，需要能够按要求重复转动固定的角度，故我们采用了伺服电机来控制焊接时的转动角度。伺服电机带有信号反馈，精度高，并且能提供足够的转矩带动夹具的转动。同时，使用单轴数控系统控制伺服驱动器，利用单轴数控系统的编程功能，我们编制出一套程序来模拟人工焊接时的动作顺序，实现了焊接自动化。为了保证焊接质量，我们设计了角板焊接座，用来安放夹具，实现分度转动、上下浮动、卸料等功能。从而较好地解决了半自动角板焊接夹具与凸焊机的接口，大化地利用了原有的设备。

    一、系统硬件设计

    1.系统组成

    系统的组成以及运行流程。

    2.角板焊接座

    角板焊接座的作用是加载并转动工件，提供一个浮动平台，由伺服电机通过焊接座的齿轮副来控制转动角度。焊接座通过弹簧、导套和导柱能上下浮动，在转动时脱开内电，焊接时压紧内电，从而避免夹具转动时的擦碰，能有效提高焊接质量。与焊接座配套使用的是在原有手工焊接夹具基础上改进的夹具，它的作用是固定机壳和角板的相对位置。在焊接座上，我们采用带磁钢的吸盘来吸住焊接夹具，代替人工的手压动作，以保证焊接时夹具不致脱落，避免角板轴向尺寸偏差。为了卸料的需要，我们还在焊接座上安装了卸料机构，它通过两个气缸联接一个卸料环推动焊接夹具脱离带有磁钢的吸盘，完成卸料。

    3.伺服系统

    伺服电机具有转矩大、精度高、可反馈的特点，可根据脉冲数来控制转动角度和转速。我们选用了上海开通数控有限公司的110HM-8M04030-F伺服电机，它体积紧凑，转矩达到4N.m。

    交流伺服驱动系统是控制伺服电机的装置，我们选用与电机相匹配的KT270全数字交流驱动系统。它采用DSP（数字信号处理器）芯片，加快了数据采集和处理速度，使电机运行性能良好。同时，它能够直接在驱动器面板上设置参数、调试、监视系统状态，外观简洁，结构紧凑。

    单轴数控系统KT700B在整个系统中相当于PLC的功能。它具有输入输出功能，自带液晶屏和键盘，可以直接在线编程控制和在线监控。通过它进行编程模拟人工操作步骤，可控制半自动角板焊接夹具。

    4.电气系统和气动系统

    主要用来控制输入和输出讯号，与凸焊机接口联接控制执行机构运行位置。

    二、系统软件设计

    ●系统参数设置

    （1）交流伺服驱动器的设置

    设置显示状态为监视运行状态；设置控制模式为位置控制模式，以控制伺服电机输出轴的位置；为了使转动加平稳，设置适当的加减速时间；设置保护限制，比如转速、转矩等，以避免异常情况出现导致系统受损；建立工艺文件记录报警参数，及时了解系统的故障模式，采取应对措施。

    （2）单轴控制器的设置

    根据系统的试运行状况，调整各参数，使其运行稳定；设定系统参数，定义编程用常量、参考点；设置电子齿轮比，通过设置可以将夹具实际转动与脉冲数建立相应关系，便于控制；设定系统值，确保系统稳定。

    ●程序编写

    程序编写是基于单轴控制器提供的数控指令编写的。指令采用顺序排列，根据人工操作时的顺序，编写程序。用SET指令接受输出信号，用WAT指令接受输入信号。SPEED指令控制速度，POS指令控制位置与角度。此外，还可以采用CALL调用指令，循环执行相似的命令。

    三、试运行发现的问题及解决方案

    系统组建好后，进行试生产。运行过程符合设计要求，并按照人工焊接的顺序执行，定位准确。同时，系统可根据实际生产要求，调整运行速度，满足生产节拍的要求。但在实际的操作中发现：夹具与焊接座的制造以及装配质量对系统的稳定运行影响很大。因此，我们对夹具进行了优化，并在装配时进行适当的调整。

    起初，夹具易被压翘头，导致焊接后产品尺寸偏差大。我们在凸焊机上增加了预压装置，在焊接前先将焊接座压实，同时增加了护套以提高焊接座的刚度。然而，运行一段时间后发现，工件难以脱离夹具。于是，我们重新修整夹具，调整凸焊机上电的位置，使焊接时工件受力均匀，不会使工件偏移卡死夹具导致难以脱出。同时，调整卸料气缸的压力以及卸料环与焊接座的间隙，使气缸出时加顺畅。卸料气缸在卸料时，弹力很大，容易造成夹具弹出时使操作者受伤，同时损坏夹具。我们在工作台上设置了缓冲板，夹具在弹出后，先接触缓冲板减速，提高了系统的性。

    经过一段时间的试运行，角板焊接夹具系统能够按照预定要求，完成整个工作任务。生产出的产品质量符合设计要求，并且避免了人为因素的干扰，降低了操作者的劳动强度。在焊接夹具工作时，操作者可以腾出手进行下一个工件的装配，提高了生产效率。结合伺服系统的应用，将机电一体化技术应用到实际生产中，能够给我们带来多的便利，创造大的经济效益。

数控铣加工数控系统改造工作于2005年8月正式完工并交付使用，并担负着繁重的新车型模具加工工作，无论是从系统稳定性，还是从系统功能上看，840D数控系统与FOREST-LINE机床融为一体，表现出的品质。鉴于SINUMERIK 840D在数控形铣加工系统改造上成功的应用，我们在工厂二期能力扩建项目的新设备选型及旧设备改造方面均把SIEMENS产品列为，我们的理念是：用世界的设备制造中国的轿车。

对于织造机械则有浆纱机、整经机等。另外针织机、无纺布、化纤机械、印染机械上也大量适用了交流变频调速器。下面介绍一下粗纱机机浆纱机。

    3.1FA491高速悬粗纱机

    此种为我国近年来开发出的新型粗纱机。采用工控机、PLC及变频器控制4台电机，分别转动锭翼、罗拉、简管及龙筋升降，去掉了锥轮变速装置、成型装置等，简化了机构。、性高，低噪音，便于操作及维护保养。工艺适应性好，减少断头。速可达标1500r/min，实现了人机对话、停车翼自动定位等新技术。是一种高水平的粗纱机。

    3.2GA308型浆纱机

    本浆纱机为交流分布传动。其中上浆槽、下浆槽及烘筒为交流变频电机传动，而织轴及拖引辊为交流伺服变频电机单传动。共适用了5台变频器、2台伺服控制器以及压力、温度、回潮率等传感器。由工控机和可编程序控制器PLC控制。构成了一分布控制系统。其中PLC用来整机的动作以及回潮率、烘房及浆槽的温度及压浆辊压力等参数控制。整机受工控机的控制。此机控制精度高，性能稳定，故障率低。是一种高质量、高水平的设备。

    4、对变频调速器在纺织种的应用展望

    我国纺织业化迈进的进程正在加快。但与水平比还有很大的差距，为了缩小差距，我们应在纺织机械的机电一体化的水平上不断提高。把交流变频技术好地应用于纺织机械的控制之中。

    1、交流变频调速的特点

    1.1减少功耗降

    纺织厂离不开空调设备。当空调电机使用变频调速器控制后，降低了功耗，大大节省了用电支出。据某公司提供的数据，全年12台空调机可节电24余万元，空调用电单耗平均下降了6、7个百分点。

    1.2简化了机构提高了性能

    通过PLC可编程序控制器或工控机的控制，再经变频调速器实现多电机的同步协调运转。根据生产工艺曲线控制各机构的运动，进而简化了机构。比如粗纱机利用交流变频调速，去掉了锥轮变速机构，从而克服了锥轮变速皮带打滑变速不准的问题。

    而对于细纱机来说，由于利用变频调速器去掉了成形机构中的成形凸轮，进而克服了由于成形凸轮所造成的桃底有停顿、桃有冲击的现象。使得细纱卷形状良好。以便于下一道工序的高速退绕。同时利用变频调速器控制三十九主电机的变速来控制锭子的转数，使得细纱在大中小纱时转速在变化，以减少纱的断头率。

    2、交流变频技术的应用

    变频器控制的纺织机械山个的交流电机主要氛围两类。一类就是常用的Y系列的交流异步电机。这种电机主要应用于调速精度要求不高、调速范围不大的纺机上。而另一类为交流变频调速异步电机。主要用语调速精度要求高、调速范围大的机器上。

    下面介绍一下不同形式的变频器。

    (1)用变频器开环控制异步电机调速称为V/F形式。这种方式电路简单、。但调速范围在10：1范围以内，调速精度较低2%~5%，并且低速性能不理想。因此多用于针织机或要求不高的纺织机械上。

    (2)采用无速度传感器矢量控制变频器。其有优良的低速特性。电路结构简单，性高。同时还具有较好的加减特性、转矩特性以及电流限制特性等。调速精度可达0.5%~1.0%。调速范围在20：1范围以内。较适合印染机械的调速等。

    (3)采用带速度反馈的矢量变频控制异步电机，闭环变频调速，又称交流伺服电机。调速范围可达100：1。为了提高变频器开关频率，应用功率绝缘栅双型晶体管(IGBT)取代一般的大功率管(GTR)。可实现响应、、智能化。适用于调速要求较高且恒张力、恒线速的分条整经机、浆纱机、热定型机以及化纤长丝纺纱设备等。

    在一些设备上，如巴马格告诉的卷绕头以及DLENES告诉的热辊等不见，将所需电气元件与变频器及控制面板与卷绕头机械部分合为一体，是减少了体积，增强了性。

    3、变频调速器在纺织中的应用实例

    变频调速器应用于纺纱机械中，可以说几乎各个工序的机械上都应用了。包括开清棉机、梳棉机、条卷机、精梳机、并条机以及粗纱机、细纱机和洛简机等。

    变频器输出频率的设定一般分为盘面按键设定及控制端子外部模拟量设定，模拟量设定又分为0~5V、0~10V、4~20mA几种方式，我们选用的是日本富士FRN7.5G9S-4CE变频器，这里采用模拟量0~10V进行设定。

    4 PI调节器

    根据生产工艺对系统运行时稳态精度及跟随能力的要求，系统调节器由给定积分、位置调节及速度调节器构成一个二阶系统，其中位置调节器为比例调节器，速度调节器为比例积分调节器。

    5 变频器多级频率的设定

    本系统运行方式分为自动运行及手动运行，两种方式的速度要求不同，频频率定为自动运行频率，采用模拟量控制，二频率为手动运行频率，由盘面按键设定。

    6 变频器加减速及二加减速时间的设定

    系统在启动及停止时要求平稳无冲击，即设备起车及停车时加减速有一段斜坡时间，原控制系统专门设计一个斜坡发生器，来实现这一功能。而采用变频器调速后其速度变化本身就有加减速时间，可以满足系统加减速时的要求。

    另外，考虑到主链及从链对系统的稳定性以及跟随能力的要求不同，即对于主链来说要求抗扰能力强、稳定性好，而对于从链则要求其跟随能力强、快速性好。所以在系统启动后正常运行时，其频率变化加减速时间的设定与系统启、停时加减速时间不同。本系统将设备启、停时的加减速时间定为加减速时间，正常运行时速度变化的加减速时间定为二加减速时间。

    三、系统调试

    1 系统调节的快速性

    悬链系统在运行时，由于扰动的作用，每条悬链的速度随时都在发生变化，虽然有速度反馈环节来稳定速度的变化，但当突加扰动量较大时，可能造成主从链相对位置偏差变大，而系统要求主从链出现位置偏差时控制系统能够进行快速调节，使偏差尽快趋于零。在直流调速系统中，从理论上讲可以采取增大放大器线性工作区来提高系统的快速性，但是实际上做起来有很多困难，而采用变频器调速却很容易做到这一点。在调试过程中，可根据系统运行情况，适当提高从链变频器[频率]设定范围，当受控模拟量信号有较小变化时，变频器输出频率就有较大响应，从而提高了系统调节的快速性。本系统变频器频率设定如图2。

    2 高次谐波干扰问题

    富士FRN7.5G9S-4CE变频器采用PWM脉宽调制方式进行调频，其载波频率约在2kHz~10kHz左右，如此高的开关频率产生的高次谐波将严重干扰其他电子设备的正常运行，其干扰对设备影响较大的是感应干扰和辐射干扰。在设备安装中我们单采用铁管对变频器与电机间的配线进行屏蔽，了高次谐波对PLC主控制系统的干扰。但是在运行中我们还是发现主控室里来自现场八个摄像头传送来的监控画面不同程度地受到影响，针对这种情况，我们对变频器载波频率的控制选项进行调整，降低了载波频率，使监控画面了干扰。

    四、改造效果

    从87年开始，我们就陆续采用变频器对厂内的设备进行变频调速的改造工作，但是将变频器用于位置跟随系统还是此，实践明这项改造是成功的，主要表现在以下几个方面。  1 系统的稳定性

    采用变频器改造后，使系统了因滑差电机电枢与磁间粘结而引起链速忽快忽慢的现象，系统的稳定性大大提高。

    2 系统的动态听诊能力及同步调整精度

    改造后系统的动态调整能力及同步调正精度与原系统相比也大大提高，原系统在主从链空间位置相差半个节距时调节时间需30~40秒，改造后调节时间小于10秒。其同步调整精度在正常情况下可保证主从链之间相对同步偏差不大于3度，折算成长度偏差不大于30mm，非正常传递故障杜绝。

    3 直接经济效益

    改造后取消了滑差电机及调速控制板等国外备件，仅滑差电机每年就需订购3~4台备件（98年换4台），一台滑差电机8万多元，这样每年可直接节省维修费用30多万元。

    随着变频器性能的不断发展和完善，变频器的应用也越来越广泛，我厂工艺链变频调速系统的改造是诸多成功应用实例中的一例，希望我们的工作能够对国内**有一些启示和帮助，为推广变频器的应用起到一定的促进作用。