摘要：本設计针对电池包连接器的生产工艺，设计出适用于连接器生产的自动插针机的泛用型控制系统，该系统具有一定的示教学习能力，按照示教学习软件功能模块进行增减，降低研发成本，从而提高企业的竞争力。
关键词：自动插针机；三菱FX2N系列PLC；伺服控制结构
中图分类号：TM383.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）07-0008-02
自动插针机是用于接插件、端子、连接器等元器件自动化生产的高端设备，实现从散件组装到产品成型，乃至最后成品性能测试全部自动完成。对提高产能、成品率和节省人力成本方面，有着重要的意义。目前世界主要连接器制造商都投入大量人力、物力在插针机的提速上，以实现节省人力，提高效率的目的。由于各种接插件、端子和连接器的结构不同，工艺不同，机械部分也不完全通用，整机都是专机专用，本设计针对电池包连接器的生产工艺，设计出低成本的适用于连接器生产的自动插针机的泛用型控制系统，具有一定的示教学习能力，模块化软件设计，不同类型的连接器的生产，可以适当变动工位结构，通过人机交互系统进行工艺示教，从而修改运动定位控制的参数，整个控制系统的硬件基本不变，软件按照示教学习对功能模块进行增减，尽量减少二次或多次开发的研发成本，从而提高企业的竞争力。
1 自动插针机控制系统方案
适用于连接器生产的自动插针机的泛用型控制系统是本设计的目标，对控制器的要求相对专机专用的控制系统要高些。因此，采用三菱公司的FX系列PLC家族中最先进的系列产品FX2N-80MT作为控制系统和人机交互系统的处理器，FX2N-80MT PLC的I/O接口总数高达80个，输入、输出点数各40个，通信功能接口丰富，提高了系统的灵活性和可扩展性，这点非常适合通用型控制平台的开发，同时满足设备长时间运行的稳定性和可靠性。人机交互系统方面，采用PLC+触摸屏结构，方便采用组态软件进行人性化、个性化的人机交互界面系统设计。主轴驱动采用伺服电机，PLC的脉冲输出驱动模块和外部中断模块，与伺服电机的驱动器构成一个闭环的伺服控制系统，以实现高速高精度的定位控制。其他插针工位采用气动驱动，配合各个状态检测传感器，实现快速响应。此外，系统还配有声光报警、应急指示灯、上位机通讯等功能模块。
基于三菱FX2N系列PLC的控制系统硬件方案如图1所示。
2 运动控制算法设计
高速度运动和迅速精确定位是高速高精度单轴点到点运动的关键，但高速运动和精确定位是两个矛盾的性能要求。高速运动要求平台能充分使用平台的驱动机构性能，使得输送平台以最大的加速度快速达到最大速度运动，而高精定位则要求输送平台运动的速度为零，且精确定位在目标位置。根据自动插针机定位平台的特点，最终选定bang-bang控制器和滑模控制器实现高速高精度定位。
将自动插针机驱动机构的点到点运动分成高速运动和高精定位阶段，在高速运动阶段采用bang-bang控制器，充分利用电机的加减速性能，并使用重复学习算法确定bang-bang控制器的切换位置，从而消除了负载惯量使平台响应变慢的影响；在高精度定位阶段，采用滑模控制器以抑制外界干扰对高精度定位的影响，实现快速高精定位。基于两个控制器结合控制的自动插针机定位平台控制结构如图2所示。
3 系统软件设计
本项目的控制系统是基于现有电池包连接器自动插针机设计的，对电池包连接器的生产工艺作了一定的研究，在此基础上，设计了控制系统的动作流程。根据电池包连接器自动插针机的生产工艺设计的自动插针机的动作流程图如图3所示。在自动机进入流水线运行状态后，多个工位可以并行工作，并且实现了从送料、插针、裁切铆紧到产品检测全自动完成，下线后即为待包装的成品。
4 结语
在理解电池包连接器自动插针机生产工艺的基础上，设计了以三菱FX2N-80MT为控制系统和人机交互系统的处理器的自动插针机控制系统平台。根据自动插针机定位平台的特点，选定bang-bang控制器和滑模控制器两种控制器相结合实现高速高精度定位。软件设计方面，通过人机交互系统实现功能模块的选择，并且设计示教、学习功能，以达到软硬件都具备较强的通用性。
参考文献
[1]毛昀，杨峰.基于PLC的步进电机控制系统设计[J].工业仪表与自动化装置，2014，（04）：87-89+98.
[2]徐鑫炎.宽调速范围的交流永磁同步电机速度控制算法研究[D].哈尔滨工业大学，2017.
[3]马海军.高速插针机控制系统的设计和实现[D].上海交通大学，2010.
[4]肖子廉.PLC控制伺服电机实现定位控制[J].电子世界，2014，（10）：59.