光纖連接器研磨機(jī)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光纖連接器是光纖通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的光無源器件，其核心部件是光纖插針。光纖連接器制造過程中的一道重要工序就是利用光纖連接器研磨機(jī)對陶瓷插針端面進(jìn)行研磨。為了使光纖插針端面與研磨砂輪按要求接觸研磨。涉及到研磨機(jī)操作臺X、Y、A 3個(gè)軸方向上的重復(fù)定位運(yùn)動控制。伺服控制系統(tǒng)是光纖連接器研磨機(jī)的一個(gè)重要組成部分。
    伺服電機(jī)能將輸入的電信號轉(zhuǎn)變成角位移或角速度輸出，具有運(yùn)行穩(wěn)定、無自傳和快速響應(yīng)等特性，在伺服控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。
ED200伺服放大器是一種智能化的伺服電機(jī)控制器，能提供速度、位置和力矩的全數(shù)字化控制。PLC的使用可以提高伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力：觸摸屏的使用可以提供清晰的人機(jī)操作界面。
    本設(shè)計(jì)的研磨機(jī)伺服控制系統(tǒng)由伺服電機(jī)、ED200伺服放大器、PLC和觸摸屏4部分組成，將它們的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，極大地提高了光纖連接器的研磨質(zhì)量和成品率。

1 伺服系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理
    伺服系統(tǒng)是用來控制被控制對象的某種狀態(tài)，使其能自動地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)輸入信號變化規(guī)律的一種自動控制系統(tǒng)。由于光纖連接器插針的芯徑很細(xì)，為了按照倒角要求研磨出較理想的端面，操作臺X、Y、A 3個(gè)軸方向的重復(fù)定位誤差必須控制在一定的范圍內(nèi)。ED200伺服放大器采用高響應(yīng)矢量控制，具有高精度的電流檢出能力，可以實(shí)現(xiàn)高精度、高速度和穩(wěn)定進(jìn)給，能很好滿足系統(tǒng)的控制要求。光纖連接器研磨機(jī)伺服控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖1是其閉環(huán)伺服系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)將輸出位移與設(shè)定進(jìn)行比較，自動對位置環(huán)參數(shù)、速度環(huán)參數(shù)、電流環(huán)參數(shù)以及勵磁參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使目標(biāo)位置與實(shí)際位置趨于一致，從而達(dá)到精確定位的目的。

2 伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
    本設(shè)計(jì)在硬件上選用Kinco公司的S23型兩相伺服電機(jī)、ED200型伺服放大器以及三菱公司FX2N系列PLC和GOTl000觸摸屏。
    光纖連接器伺服控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。研磨過程中涉及到水平、垂直和旋轉(zhuǎn)3種運(yùn)動，分別由X、Y、A 3個(gè)軸的伺服電機(jī)和伺服放大器控制。3個(gè)軸的連接與控制方式類似，圖中為PLC與一個(gè)軸的伺服放大器相連的情況。

    ED200伺服放大器是一款智能型全數(shù)字伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器內(nèi)部集成了驅(qū)動、控制、總線、I／O等功能，內(nèi)部可以存儲256段程序，每段程序又都可以存儲一種運(yùn)動曲線，包含加速度、減速度、最大速度、目標(biāo)位置等重要的運(yùn)動曲線參數(shù)，通過8個(gè)I／O口，實(shí)現(xiàn)最多128種運(yùn)動曲線直接調(diào)用。利用ED200提供的通訊功能，外部控制器PLC可以調(diào)用ED200內(nèi)部存儲的256段程序并通過觸摸屏人機(jī)界面的數(shù)據(jù)輸入窗口直接修改驅(qū)動器內(nèi)部系統(tǒng)參數(shù)。
2．2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    研磨機(jī)伺服系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括ED200內(nèi)部對象(目標(biāo)位置、速度、加速度、減速度、找原點(diǎn)方式以及工作模式等)賦值和PLC編程控制。
ECO2WIN是ED200伺服放大器專用編程軟件，采用順序編程(Sequencer Programming)的方法對放大器內(nèi)部的對象賦值。由于研磨過程多次涉及到定位，因而工作模式選用位置控制模式(絕對／相對位置模式)，該模式下要定義的對象如表l所示。

    ED200伺服驅(qū)動器每段程序都有一個(gè)相應(yīng)的程序段號，在其列表內(nèi)最多包含8個(gè)具有讀寫(RW)屬性的對象。調(diào)用一段程序后，該程序段內(nèi)的所有指令會按照從上至下的順序依次執(zhí)行，這就是順序編程思想。

    圖3是Y軸伺服放大器控制伺服電機(jī)帶動操作臺進(jìn)入入料點(diǎn)的參數(shù)設(shè)定窗口。程序段號為11，工作模式選擇位置模式中的絕對位置運(yùn)動方式(設(shè)備狀態(tài)字60400010設(shè)定為0X003F)，最大速度、加速度、減速以及目標(biāo)位置值分別設(shè)定為30 000、160 000、16 000和40 000。
    ED200伺服提供的觸發(fā)程序段的控制事件有輸入端口的邊沿信號觸發(fā)、內(nèi)部編程設(shè)定的定時(shí)器時(shí)間到、兩個(gè)數(shù)值的比較結(jié)果為真、目標(biāo)位置到達(dá)等，一些事件可以重復(fù)定義，所以一段程序可以執(zhí)行一次也可以執(zhí)行多次。同時(shí)，在一個(gè)程序段內(nèi)又可以調(diào)用另外一個(gè)程序段。
    在EC02WlN軟件的數(shù)字輸入窗口可以設(shè)定ED200數(shù)字輸入端口DINl～DIN8的邊沿信號所對應(yīng)的程序段，實(shí)現(xiàn)從輸入口調(diào)用內(nèi)部程序段的功能。設(shè)計(jì)中ED200數(shù)字輸入端口的信號由PLC提供，這樣就可以通過PIC間接對伺服電機(jī)進(jìn)行控制。

    光纖連接器插針體研磨的一個(gè)完整的單周期工序包括入料、研磨、出料以及伺服定位等操作，圖4為系統(tǒng)的軟件流程圖。其中，定位部分主要由ED200伺服放大器內(nèi)部順序編程控制，并且通過PLC信號觸發(fā)程序段。研磨機(jī)整機(jī)系統(tǒng)由PLC編程控制，PLC采用梯形圖編程方法。
    ED200支持兩線(半雙工)和4線(全雙工)的RS485通訊。PLC的通訊擴(kuò)展模塊FX2N-485-BD與ED200進(jìn)行RS485通訊，可以實(shí)現(xiàn)兩者間的數(shù)據(jù)交換。PLC程序采用梯形圖編寫，傳輸數(shù)據(jù)的地址及字節(jié)數(shù)用RS串行通訊指令設(shè)定。接入觸摸屏后，通過觸摸屏的數(shù)據(jù)輸入窗口可以修改ED200內(nèi)部程序段的目標(biāo)位置值。

3 軟件調(diào)試
    ECO2WIN帶有示波器功能，用來以動態(tài)曲線方式監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)(如速度、位置和電流等)，示波器對判斷電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)和調(diào)節(jié)性能有著非常重要的作用，可以直觀地觀察電機(jī)的過沖、過載以及速度平穩(wěn)性。圖5為A軸電機(jī)速度和位置的監(jiān)控曲線。從圖5中可以看出，A軸電機(jī)轉(zhuǎn)動的最大速度為10 000 inc／s，最大位移為4 000 inc，工作模式為-1，通道l設(shè)定為“Actual position”，為速度曲線。通道2設(shè)定為“Ac-tual velocity”，為位移曲線。

4 結(jié)束語
    光纖連接器插針體端面加工屬于高精密研磨，對研磨機(jī)伺服控制系統(tǒng)的定位精度提出了極高要求。本設(shè)計(jì)將ED200伺服驅(qū)動器、PLC和觸摸屏運(yùn)用于光纖連接器研磨機(jī)伺服控制系統(tǒng)中，極大地提高了光纖連接器研磨效率。設(shè)計(jì)選用ED200伺服放大器，編程簡單，便于PLC控制。此外，利用通訊擴(kuò)展模塊建立了PLC與ED200間的RS485通訊，系統(tǒng)控制參數(shù)可通過觸摸屏修改，靈活方便。實(shí)際結(jié)果表明，該系統(tǒng)應(yīng)用于光纖連機(jī)器研磨機(jī)后，整機(jī)系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定、定位精度高，并且易于操作，提高了生產(chǎn)效率。