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英威腾交流伺服系统在注塑机专用机械手上的解决方案
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1. 引言
    塑机机械手属于专用机械手,是一种主要依附在塑料机械设备或者流水线上的,按照固定程序对成型工件进行抓取、传输等操作的自动化设备。随着机械手的使用,终端的塑机应用客户可以提高生产效率,降低人力成本,缩短生产周期,特别是可以稳定和提高注塑产品的质量。
    随着伺服运动控制技术的发展,注塑机械手由原来的气动方式逐渐向电气混合控制方向发展。用伺服来替代原有的成品臂上下、引拨、横行等轴动作。电气混合控制方便用户修改各轴位置、速度、对应于注塑机生产不同工件,有效的提高了系统整体的工作效率。以下就英威腾伺服在注塑机械手上的成功应用说明。

2. 系统介绍


3. 负载运动特点
    由于整个系统需要快速的往复运动,负载要求对于各个运动轴有所不同,一般机械手的Z轴电机所承受的负载惯量最大,电机直接驱动同步带是无法满足要求的。所以一般会配合伺服专用减速机使用,降低负载转矩需求同时降低负载所对应电机的惯量比,使伺服工作在一个较好的可控状态。 (速度曲线)

4. 控制要求
    4.1 机械手要有足够的定位精度,需检查同步带的松紧度,导轨的平行度,动力连接部位。X轴垂直轴由于电机带抱闸装置,应正确设置断电后抱闸延迟时间设置,防止在断电后垂直轴由于负载重力因素掉落。信号方面由于模拟量指令容易被外部电子设备干扰所以必须使用屏蔽线按照要求接线,使干扰降到最小。
    4.2 正确设置速度比例和编码器反馈电子齿轮,先低速试运行,防止运行飞车,造成左右机械限位装置的损坏。
    4.3 应注意控制机械手的运行速度,即要使机械手能够满足注塑成型最短周期的要求,有要考虑是否会产生惯性冲击和振动,在启动和停止时应考虑到加减速的设置,否则可能应震动造成吸附的工件掉落等因素。


5. 机械手硬件配置
上位机:专用机械手控制卡,模拟量输出+伺服反馈闭环控制方式。
伺服系统:Z轴-CHS100-0R6-2 
                Y轴-CHS100-0R4-2
                X轴-CHS100-0R4-2(带刹车)
伺服专用减速机:新宝1/5行星式减速机3轴
传动方式:Z轴-同步带、Y轴-齿条、X轴-齿条
 

6. 伺服系统电缆连接(X、Y、Z)
CN1 IO接线----》控制器:
   
电机端主回路线:颜色 蓝色 黑色 红色 黄绿色
驱动器主回路:  标识  U    V   W    PE

 


 
  
主回路电源接线图:
 


7. 调试要点
在确保各电缆连接正确后,伺服上电设置正确的控制模式及速度输入比例值/反馈电子齿轮比等。先在默认增益下低速运行观察伺服状态,根据伺服状态调整速度环增益及积分时间,电机在起停时运行不平稳需加大速度环路增益。在设定稍微大点速度环路增益后电机有较大的共振现象,显然伺服表现出来的运行状态不是很好,通过上位机检测软件连线伺服驱动器测量到一个共振点,利用驱动器里的陷进滤波器(PB.20)成功把该共振点抑制掉后。速度环路增益可以得到增加。运行时速度状态明显改善,速度积分时间设置调整后马达的运行状态起停平稳,运行速度平滑无波动,无明显的拖尾现象。最大转矩45%,运行平均转矩25%,电机在连续运行4小时后电机温升为22度,现场环境温度32度。以英威腾伺服表现出的性能来看已经完全满足客户的要求。
  
下面就现场各轴增益作为参考:
Z轴:
PA01=1
PA07=1
PB01=800
PB04=3850(速度环增益)
PB05=910 (速度积分)
PB20=134(陷波频率)
PB21=7  (深度)
Y轴:
PA01=1
PA07=1
PB01=800
PB04=3450(速度环增益)
PB05=720 (速度积分)
PB20=88(陷波频率)
PB21=4 (深度)
X轴:
PA01=1
PA07=1
PB01=800
PB04=4000(速度环增益)
PB05=550 (速度积分)
PB20=70(陷波频率)
PB21=2 (深度)

8.DB100驱动器特点介绍
(8.1)主要性能特点
主要性能特点:
调速范围宽:调速比可达1:50000
低速稳定:0.1r/min时,速度和转矩都很稳定,过载能力可达3倍
高动态响应:速度环带宽可高达500Hz,负载突变时调节过程很短,速度波动很小
位置控制精度高:动态跟踪误差小
位置控制响应快:可在高速下快速定位,无拖尾,停止时无抖动
机械共振抑制功能:两级陷波滤波器,可抑制2个机械共振点

(8.2)保护功能介绍
过流保护(OC1、 OC3 )
过载保护(OL)
过压保护(OU)
欠压保护 (uU)                    
对地短路保护(OC2)
模块过热保护(OH)
超速保护(OS)
跟踪误差过大保护(OE)
编码器断线保护(EC1、EC2)
电机线断线或相序接反保护(LnE)
通讯故障保护(CT)
模块短路保护(iPO
通过丰富的保护功能,准确的反馈,我们能够及时发现异常及时处理。

9.结束语
    DB100系列伺服驱动器采用双核结构的核心控制芯片(DSP+FPGA),采用先进的全数字电机控制算法,实现了位置环、速度环、电流环全闭环伺服控制,具备良好的鲁棒性和自适应能力,适用于各种需要快速响应和精准控制的转速控制与定位控制的应用系统。随着CHS系列伺服产品在注塑机械手上的成功,我们会在越来越多的场合得到广泛的应用。
以下是现场调试图片:

 


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