本文详细论述了伺服系统在某公司发动机缸体移载机上的应用，介绍了系统的硬件配置、硬件组态以及软件编程。通过该系统实现了缸体的升降、行走高速运动和精确定位的功能，满足了生产的节拍要求。

目前发动机生产线正朝着高自动化、高智能化的方向发展，许多拧紧、检测单机设备，如自动拧紧机、曲轴回转力检测机、止推间隙检测机和气门间隙检测机等都采用了全自动方式，实现了无人操作，大大提升了产品的质量。但缸体、曲轴等工件的上线，多数厂家还是采用人工作业。这种方式存在许多缺点：该工位的操作工除了需要人工进行条码扫描，还要将转挂缸体与生产线发动机托盘进行对接，这一过程往往需要反复操作才能实现对接准确，操作时间长、操作难度大；采用行车吊挂缸体进行转挂对接，缸体经常掉落，给操作工人身带来了安全隐患；人工进行缸体与发动机托盘对接，对接往往不准确，影响后续工位单机自动工作的稳定性。

解决方案

针对上述缺点和不足，我们设计了一种全自动缸体移载装置，主要由主线举升回转定位装置、刻印线举升定位装置、升降伺服定位装置、行走伺服定位装置、夹紧装置和翻转装置组成（见图1）。电气核心部分采用三菱Q系列可编程控制器Q02UCPU，定位控制采用三菱QD75D2系列定位模块和MR-J3-A系列伺服放大器，实现了发动机缸体从刻印线自动移载到主装配线。该装置主要实现了以下几个主要功能：采用举升定位装置，实现缸体的定位；行走机构采用伺服定位装置，实现水平行走的精确定位；升降机构采用伺服定位装置，实现升降的精确定位；设置举升回转和翻转装置，实现缸体从刻印线到装配线的姿态改变。

缸体移载装置动作流程如图2所示，动作详细流程如下：托盘运送到工位A后，被举升气缸举升到位并旋转90°，此时PLC系统检知托盘方向，如果托盘方向正确、缸体处于水平状态，移载机构迅速移动到缸体上方，下降并夹紧两侧基准夹具定位孔，把缸体提升到翻转位置；移载机构移动向主线B工位，水平回转90°，移动到位后移载机构下降，把发动机放在托盘上，夹紧装置松开，移载机构回到原位，缸体举升机构、托盘举升机构等均回原位，载有发动机的托盘被放行。

伺服系统硬件配置及信号连接

伺服系统配置如表所示。在该系统中，我们采用绝对位置系统，并且伺服电动机都带有机械电磁制动装置，防止停电时位置信号丢失以及升降装置掉落，在初次构建伺服系统时，只需进行一次原点回归，避免从停电到恢复供电时需要重新进行原点回归的动作过程。伺服放大器与定位模块之间的连接信号如下：“CR”脉冲清零信号，主要用于当原点回归完成后，需要进行脉冲清零；“RD”伺服放大器准备好信号，当伺服放大器没有故障，可以正常工作时，输出该信号给定位模块；“PP”和“PG”正反脉冲信号，该信号由定位模块给出，主要执行定位和控制方向的作用；“LZ”编码器Z相脉冲信号；“DOG”近点狗信号，该信号来自机械原点开关；“LSP”正转行程末端，该信号来自正极限开关；“LSN”反转行程末端，该信号来自反极限开关。

伺服放大器与外部装置（如PLC、继电器等）之间的连接信号如下：“ENG”外部紧停信号，当该信号接通时，伺服放大器停止工作；“SON”伺服接通控制信号，当放大器准备好后，接通该信号，伺服放大器处于工作状态；“RES”伺服复位控制信号，当伺服放大器出现故障后，通过该信号复位伺服放大器；“PC”ABS传送模式开启信号，当该信号接通时，伺服放大器处于执行绝对位置读取工作模式；“TL”ABS请求控制信号，当该信号接通时，伺服放大器执行绝对位置读取请求；“ABSB0”ABS发送数据位0；“ABSB1”ABS发送数据位1；“ABSBT”ABS发送数据准备完；“ALM”伺服放大器故障信号，当伺服放大器出现故障时，输出该信号；“INP”伺服放大器定位完成信号，当伺服放大器定位完成后，输出该信号。

伺服放大器及定位模块参数设置

伺服系统要正常的工作，必须对伺服放大器及定位模块相关参数进行正确的设置和调整，伺服放大器需要设置的主要参数如下：“PA01”简称STY，控制模式选择，伺服放大器有位置控制模式、速度控制模式以及转矩控制模式3种模式供选择，本系统选择位置控制模式；“PA06”简称CMX，电子齿轮分子；“PA07”简称CDV，电子齿轮分母。“PA06”和“PA07”两项参数设置很重要，如果设置不当，可能会导致伺服放大器错误运行。需要通过专用的软件对定位模块进行参数设置，设置的主要参数包括单位、每转脉冲数、每转行程和加减速时间等。

伺服系统软件编程

在该系统中，PLC伺服控制程序主要由初始化程序、绝对位置值获取程序、定位数据设置程序、点动运行程序、定位启动运行程序、原点回归程序、伺服电动机停止运行程序和伺服定位模块故障复位程序这8个程序段组成。

在绝对位置系统中，如果发生伺服开启信号OFF，紧急停止或发生报警，主电路从OFF到ON的过程都必须进行一次绝对位置获取程序，否则系统可能发生误动作。绝对位置传送程序必须严格遵守的时序如图3所示。

图3中，PLC在内部伺服开启的上升沿，将ABS传送模式（ABSM）和伺服开启（SON）置ON；伺服放大器收到ABS传送模式信号，检测并计算绝对位置后，将ABS发送数据准备完毕信号（ABST）置ON，并告诉PLC发送数据已经准备完毕；PLC收到ABS发送数据准备完毕（ABST）信号后，将ABS请求（ABSR）置ON；伺服放大器收到ABS请求信号（ABSR）后，输出ABS低2位数据并将ABS发送数据准备完毕（ABST）置OFF；PLC确认ABS发送数据准备完毕信号（ABST）为OFF（已经输出ABS 2位数据）后，读取ABS低2位，随后将ABS请求信号（ABSR）置OFF；伺服放大器将ABS发送数据准备完毕信号（ABST）置ON后，准备下一次传送，随后重复3～6的操作，直到完成32位数据及6位和校验数据的发送为止；PLC和校验后，将ABS传送模式信号（ABSM）置OFF，如果在数据发送过程中ABS传送模式信号（ABSM）已经为OFF，ABS传送模式中断。

故障及解决方法

1.伺服电动机不能按指定的位置进行定位

解决方法：伺服放大器电子齿轮参数、定位模块单位、每转脉冲数和每转行程数值设置不正确，更正后，故障排除。

2.伺服放大器出现过载

解决方法：调整丝杠安装；检查电动机抱闸线，发现该线松动，重新接线后故障排除。

3.伺服放大器出现绝对位置读取超时报警

解决方法：检查伺服放大器的绝对位置数据线，发现“ABS0”ABS发送数据位0数据线松动，重新焊接；检查PLC程序，发现绝对位置读取程序时序有误，更正后，故障排除。

4.系统开机运行时，有时会发生升降电动机滑落现象

解决方法：检查程序，发现在伺服开启的条件中未串入电磁内锁互锁信号，修改程序后，故障排除。

5.伺服电动机噪声大

解决方法：在自动调谐无效的前提下，修正“PA09”自动调谐响应参数值。

项目难点和创新点

1.节拍需要达到30s

该套装置动作复杂，互锁条件较多，满足节拍要求是一大难点，也是该项目的成败关键。经过现场的观察，将很多动作进行重叠控制，比如在托盘流出下一工位的过程中，上一工位托盘放行；当托盘搬入时，移载装置行走抓取缸体；当移载装置抓取缸体后，边行走边翻转。

2.缸体、托盘水平检测的实现

该项目中，移载装置要能准确和安全地工作，必须保证托盘和缸体的水平，否则会发生抓取缸体不到位、放置缸体不准确等情况，导致设备的损坏。在该装置中，我们采用两对对射式光电开关来实现缸体水平检测。其原理是用这两对开关水平交叉检测缸体的上表面，当缸体发生倾斜时，其中任意一个开关会发号，系统会报警并停止运行；托盘水平检测同理，同样设置两对对射式光电开关，在托盘的前后两个位置进行检测，当托盘发生倾斜时，其中任意一个开关会发出信号，系统会报警并停止运行。

结语

该缸体移载机在某公司发动机装配线上已调试完毕，使用至今未出现重大停产故障。升降和行走伺服系统正常，升降、行走机构与其他设备动作互锁完整，设备安全得到了有力的保护，整个设备节拍控制为30s。