國內(nèi)擰緊機(jī)控制技術(shù)的領(lǐng)先發(fā)展趨勢

朱博

摘? ?要：國內(nèi)擰緊機(jī)的控制技術(shù)發(fā)展已經(jīng)有15年，不論從用戶的使用角度和研發(fā)人員的技術(shù)領(lǐng)域都有著不同程度上的認(rèn)識和發(fā)展;可以說至今的擰緊機(jī)控制技術(shù)上已經(jīng)與國外的擰緊控制技術(shù)不相上下，并在某些控制功能和實(shí)際使用方面甚至都超越外國技術(shù)許多。本文分析研究了國內(nèi)擰緊機(jī)控制技術(shù)，以及領(lǐng)先發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：硬件說明? 制作成本? PLC控制技術(shù)? 擰緊核心技術(shù)? 信號處理

中圖分類號：U463? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（a）-0110-02

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2020.04.110

1? 擰緊機(jī)控制系統(tǒng)及硬件介紹

（1）應(yīng)用集散體系理念，系統(tǒng)集中管理和分散控制。（2）采用直接控制層、操作監(jiān)控層、生產(chǎn)管理層三層結(jié)構(gòu)。（3）模塊化管理可靈活地配置成小、中、大系統(tǒng)。（4）系統(tǒng)服務(wù)器可根據(jù)廠家的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)要求進(jìn)行配置。

2? PLC控制系統(tǒng)介紹（控制單元及轉(zhuǎn)換模塊介紹）

（1）控制單元為進(jìn)口控制器品牌，具有多路開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出模塊，開關(guān)量輸入速度高達(dá)25μs，光頻隔離器可隔離瞬間2500VDC，70VDC過載電壓保護(hù);開關(guān)量輸出操作時(shí)間最大為5ms，釋放時(shí)間最大為3ms，最大承受電壓為250VAC，最大承受電流為2A。（2）A/D轉(zhuǎn)換模塊可對經(jīng)過傳感器檢測單元處理的扭矩信號（模擬電壓）進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換至PLC，以便PLC進(jìn)行高速運(yùn)算及處理;D/A轉(zhuǎn)換模塊可對PLC的數(shù)字量進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換至伺服驅(qū)動單元，以便控制伺服電機(jī)使擰緊軸完成設(shè)定擰緊過程。（3）伺服驅(qū)動器分頻處理的角度脈沖信號通過光耦輸入給PLC的計(jì)數(shù)器，以便用來計(jì)算角度值。（4）PLC控制單元的通過RS-232通信口，來接收上位工控機(jī)傳送的各種擰緊的工藝參數(shù)和控制參數(shù)，依據(jù)這些參數(shù)完成各種動作過程，并且把這些狀態(tài)過程值通過它傳送給主監(jiān)控操作站。

3? 老式單片機(jī)控制技術(shù)與現(xiàn)代PLC控制系統(tǒng)性能參數(shù)

性能參數(shù)對比表1所示：

從上表1中可以明顯地看出，國內(nèi)擰緊機(jī)的控制技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了現(xiàn)代工業(yè)的實(shí)際要求的能力與工藝要求;并且在制作成本上和維護(hù)成本上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外擰緊控制技術(shù)的制造成本;現(xiàn)代的PLC控制技術(shù)和基本響應(yīng)速度與10年前甚至15年的PLC控制技術(shù)相比也已經(jīng)有很大的超越，所以在使用擰緊系統(tǒng)的控制功能多元化方面也能夠增加許多應(yīng)用。

4? 主監(jiān)控工作站介紹

（1）主監(jiān)控操作站采用工控機(jī)控制，顯示屏幕LCD工業(yè)級觸摸屏，工控機(jī)配置為CPU 3.2GHz、2G內(nèi)存、集成顯卡等，能夠滿足顯示大量信息的需求。它的前面板上帶有屏幕顯示鍵和防水觸控板、工業(yè)液晶顯示屏;（2）維護(hù)人員可以在不使用任何外部鍵盤或鼠標(biāo)的情況下方便地進(jìn)行操作或輸入數(shù)據(jù)。該顯示器采用了不銹鋼外殼設(shè)計(jì)，前面板采用了符合NEMA4/IP65標(biāo)準(zhǔn)的鋁制結(jié)構(gòu)。

5? 伺服驅(qū)動器介紹

（1）全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器，電壓為三相200VAC，具有位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制功能，具有參數(shù)設(shè)置、故障診斷及報(bào)警顯示功能。（2）自動調(diào)整：高性能的實(shí)時(shí)自動調(diào)整增益;根據(jù)負(fù)載慣重的變化，與自適應(yīng)濾波器配合，從低剛性到高剛性都可以自動調(diào)整增益;通過顯示面板操作，可以在監(jiān)控實(shí)時(shí)調(diào)整情況的同時(shí)，進(jìn)行設(shè)置和確認(rèn)。（3）高速響應(yīng)：速度響應(yīng)頻率最高達(dá)1kHz;內(nèi)置有瞬時(shí)速度觀測器，可以高速、高分辯率地檢測出電機(jī)的轉(zhuǎn)速;高性能的機(jī)械適應(yīng)性。（4）低振動：內(nèi)置自適應(yīng)濾波器，可以根據(jù)機(jī)械共振頻率不同而自動地調(diào)整陷波濾波器的頻率。

6? 擰緊軸介紹

6.1 電動扳手組成

電動扳手總成含電機(jī)、減速器、扭矩傳感器、信號處理組件及動力輸出軸五部分，其中電機(jī)、傳感器及信號處理組件，是擰緊機(jī)設(shè)備的主要核心部件。

6.2 伺服電機(jī)介紹

伺服電機(jī)選用是松下MINAS A6系列伺服電機(jī)，與其驅(qū)動器配合使用。具有過電壓、欠電壓、過熱、過載的保護(hù)功能;能夠智能化地自動調(diào)整速度，其響應(yīng)頻率最高可達(dá)1kHZ、高性能的機(jī)械適應(yīng)性，并且可控制由于機(jī)械不穩(wěn)定及共振頻率的變化而發(fā)生的噪音。此電機(jī)防護(hù)等級達(dá)IP65，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

6.3 行星減速器介紹

（1）高精減速器采用三級行星減速;（2）有不同的扭矩區(qū)間可選，可選能力由（0～5）到（0～3000）N·m多個(gè)品種;（3）密閉結(jié)構(gòu)不需要維護(hù)添加潤滑油;（4）有多種結(jié)構(gòu)直式、偏置箱式、直角式可選。

6.4 扭矩傳感器介紹

（1）扭矩傳感器選用進(jìn)口系列，應(yīng)用先進(jìn)的濺射和刻蝕工藝，將應(yīng)變電橋直接制作彈性體上，確保傳感器可靠性及抗蠕變特性;（2）測量不確定度0.5%FS;供橋電壓：10～15V DC;（3）適應(yīng)環(huán)境溫度-20～60℃;頻率響應(yīng)100μs;過載能力：120%;（4）傳感器壽命：100萬次不失精度。

6.5 信號處理組件介紹

（1）信號處理組件采用進(jìn)口芯片，與放大器、增益開關(guān)及濾波、防干擾器件集成為一體，用來處理和放大傳感器信號，以便控制模塊實(shí)時(shí)接收;（2）放大倍數(shù)可達(dá)1000倍;（3）處理精確度：小于0.001V;零點(diǎn)漂移度;小于0.001V;（4）適應(yīng)環(huán)境溫度-20～60℃;頻率響應(yīng)100μs。

參考文獻(xiàn)

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 單行本 減（變）速器·電機(jī)與電器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2] 張東京.彈體智能擰緊機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].重慶大學(xué)，2015.

[3] 邊群星.基于螺栓自動擰緊機(jī)擰緊控制方法分析[J].科學(xué)家，2016（11）：113-114.