淺談DNET網絡控制伺服氣缸在工業設備上的應用

李巍 宋健

(上海通用(沈陽)北盛汽車有限公司,遼寧沈陽 110025)

淺談DNET網絡控制伺服氣缸在工業設備上的應用

李巍 宋健

(上海通用(沈陽)北盛汽車有限公司,遼寧沈陽 110025)

伺服氣缸以標準氣缸為主體,以電子氣缸定位器為核心,并且通過給定的標準模擬電信號完成對氣缸拉桿伸出0-100%的全過程的連續模擬控制。伺服氣缸控制器通過一個開放的網絡實現底層設備直接和上層控制器進行通信,無需通過大量硬接線與I/O模塊連接。

伺服氣缸 比例閥 模擬信號 DeviceNet通訊 控制器

隨著工業自動化技術的發展，傳統氣動系統只能在兩個機械設定位可靠定位并且運行速度只能靠單向節流閥設定的狀況已經無法滿足許多設備的自動控制要求。因此，伺服氣缸的電氣比例和伺服控制定位系統得到了廣泛的應用。因為采用伺服氣缸定位系統可非常方便地實現多點無級定位和無級調速，達到減少氣缸的動作時間，提升生產效率。本文介紹伺服氣缸技術在通用汽車儀表板機械臂設備上的應用。

圖1

圖2

1 伺服氣缸控制系統介紹

(1)伺服氣缸控制系統組成：該控制系統由控制器、氣缸、比例閥、位移傳感器進行閉環控制，定位精準，運行穩定。(2)伺服氣缸工作原理：如下圖所示，伺服汽缸以標準氣缸為主體，以電子氣缸定位器為核心，并且通過給定的標準模擬電信號完成對氣缸拉桿伸出0-100%的全過程的連續模擬控制。該系統的基本原理是通過控制放大器、電—氣比例閥、氣缸的調節作用，使輸入電壓信號Ue與氣缸位移反饋信號Uf(Uf與氣缸位移之間是線性關系)之差U減小并趨于零，以實現氣缸位移對輸入信號的跟蹤。調節過程如下：若給定的輸入信號Uf大于反饋信號Uf，U＞0，控制放大器輸出電流I增大，使-電—氣比例閥的閥芯左移，氣源口與A口之間的節流面積增大，氣缸A腔的壓力Pa升高并推動活塞右移。氣缸活塞的右移又使反饋電壓信號Uf增大，因此電壓偏差U減小，直至U幾乎為零(采用PID調節的控制放大器可將穩態偏差調節至零)。當給定的輸入信號小于反饋信號Uf時，U＜0，同樣通過類似于上述的調節過程使偏差趨于零。因此在穩定時，U=0即Ue=Uf=KX(K為常數)這就實現了輸入信號Uf對氣缸活塞位移X的比例控制。上述的調節過程是在一段很短的時間內完成的，故只要輸入信號Ue的主要頻率分量在系統的頻寬之內，氣缸活塞位移就可以跟蹤Ue的變化(圖1）。

2 伺服氣缸在儀表板機械臂上的應用

(1)儀表板機械臂將儀表板總成抓取并運送到車內完成拼合操作，過程中設備需要頻繁升降并且需要精準定位。現場機械臂設備的升降機構采用伺服氣缸系統進行升降控制，該控制系統使用最新型的集成控制器，可通過Devicenet網絡通訊來接受并反饋狀態控制參數，電氣控制采用Dnet網絡控制，減少電纜的使用數量，降低設備故障率[1]。無需使用者掌握復雜的控制技術和氣體力學等方面知識即可操作氣動伺服定位系統并對控制參數的設定進行調整。(2)該系列伺服氣缸控制器具備Dnet網絡控制功能，它使控制數據能夠同時到達網上的各個站點單元，網絡利用率高；一般采用Polled輪詢模式進行數據讀取[2]，在每個掃描周期都對設備進行掃描，使現場設備與控制器進行閉環通訊[3]。DeviceNet現場總線的開放性、低廉性、可靠性、高效性的優點特別適合于高實時性要求的工業現場的底層設備控制。這些優點都為更高的生產率提供了有力保障。如圖2所示。

3 DNET網絡控制伺服氣缸的優勢

經過實際應用，在汽車工廠應用DNET網絡控制伺服氣缸有很多值得借鑒的優點：(1)接線簡單，控制方便。(2)定位精準，響應速度快，穩定性高。(3)具有診斷功能，伺服控制系統出現故障均有反饋信息。(4)DeviceNet現場總線技術在安全生產、提升效率等方面發揮了重要的作用，設備和網絡具備優越的靈活性、可維護性和可擴展性，更為突出的是，工控系統與網絡通信技術的結合，給企業帶來了經濟和社會效益。

[1]羅克韋爾.培訓資料Allen-Bradley DeviceNet電纜系統 (Cat. No.DN-6.7.2).

[2]張華.Allen-Bradley DeviceNet網絡組態Lab7-2.

[3]Jerome.CCR通用汽車標準.lab3-6.

李巍(1963—),男,遼寧省沈陽人,自動化專業,維修經理,從事制造業設備運維管理工作;

宋健(1984—),男,遼寧省沈陽人,電氣自動化專業,工程師,從事制造業設備運行技術研究工作。