大功率伺服控制器測試設(shè)備設(shè)計方案

1、項(xiàng)目簡介：

        大功率伺服控制器測試設(shè)備用于對起豎控制器（20kW）、調(diào)平控制器（10kW）的電氣性能進(jìn)行測試，在試驗(yàn)室條件下對起豎控制器與調(diào)平控制器是否滿足大噸位快速垂直起豎與調(diào)平的要求進(jìn)行驗(yàn)證。

2、項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)：

           項(xiàng)目需求：

       此項(xiàng)目應(yīng)該達(dá)到以下技術(shù)需求：
       1.模擬起豎、調(diào)平過程中負(fù)載變化的實(shí)際工況對起豎電機(jī)、調(diào)平電機(jī)進(jìn)行加載。
       2.模擬上位控制設(shè)備向起豎控制器、調(diào)平控制器發(fā)送控制指令，指令形式包括CAN總線通信、差分脈沖及開關(guān)量。
       3.模擬上位控制設(shè)備接收起豎控制器、調(diào)平控制器的反饋信號，信號形式包括CAN總線通信及開關(guān)量。
       4.對起豎控制器、調(diào)平控制器運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測量，如效率、輸出功率、功率因數(shù)（交流側(cè)）、正反轉(zhuǎn)速差、轉(zhuǎn)速調(diào)整率、轉(zhuǎn)速變化響應(yīng)時間、位置跟蹤誤差等。
       5.電機(jī)加載與起豎控制器、調(diào)平控制器的測試、測量過程由自動化測控軟件完成。
       6.測試數(shù)據(jù)經(jīng)自動化測控軟件處理后可得到表征起豎控制器、調(diào)平控制器性能的各項(xiàng)參數(shù)。

           項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)

       此項(xiàng)目應(yīng)該達(dá)到技術(shù)指標(biāo)：
       1.可按規(guī)定曲線對電機(jī)進(jìn)行動態(tài)加載，要求起豎電機(jī)加載額定轉(zhuǎn)矩100N•m、最大轉(zhuǎn)矩315N•m，調(diào)平電機(jī)加載額定轉(zhuǎn)矩45N•m、最大轉(zhuǎn)矩63N•m；轉(zhuǎn)速達(dá)到2000rpm。
       2.可對起豎電機(jī)、調(diào)平電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，轉(zhuǎn)矩測量最大值不小于315N•m，系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩測量精度達(dá)到±0.2%；轉(zhuǎn)速測量最大值不小于2000rpm，轉(zhuǎn)速測量精度達(dá)到±0.1%。
       3.電機(jī)加載額定轉(zhuǎn)矩控制精度不低于±0.5N•m；轉(zhuǎn)速控制精度不低于±0.1%。
       4.可對起豎電機(jī)、調(diào)平電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行測量，角度測量誤差不大于30’。
       5.可通過CAN總線接口對起豎控制器、調(diào)平控制器進(jìn)行控制，要求具有至少10路CAN總線接口，支持CAN2.0A/B標(biāo)準(zhǔn)，速度可達(dá)1Mbps，并設(shè)置120Ω總線終端負(fù)載電阻（連接、斷開狀態(tài)可設(shè)置）。
       6.可通過差分脈沖接口對起豎控制器、調(diào)平控制器進(jìn)行控制，要求具有至少4組、共8路差分脈沖信號，脈沖幅值±5V，脈沖頻率0~35kHz連續(xù)可調(diào)，每路可輸        出電流不小于20mA。
       7.可通過開關(guān)量輸出接口對起豎控制器、調(diào)平控制器進(jìn)行控制，要求具有至少32路開關(guān)量輸出信號，均為低電平有效，高電平為28.5V，每路可輸出電流不小于50mA（阻性負(fù)載）。
       8.可通過開關(guān)量輸入接口接收起豎控制器、調(diào)平控制器的反饋信號，要求具有至少48路開關(guān)量輸入信號，均為低電平有效，高電平為28.5V，每路輸入所需電流不大于50mA（阻性負(fù)載）。
       9.可對起豎電機(jī)、調(diào)平電機(jī)帶載情況下系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行采集，包括電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速、伺服控制器輸入/輸出功率、電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動角度等。
       10.大功率電源：輸入電壓3Φ380VAC/50Hz，輸出直流電壓可調(diào)，最大不小于600VDC，輸出電流不小于100A。

3、設(shè)計方案:

       設(shè)計原則:
       在滿足項(xiàng)目需求和技術(shù)指標(biāo)的前提下，本設(shè)計方案遵循以下幾點(diǎn)原則：
       1) 自動化程度高；
       2) 可擴(kuò)展、模塊化、通用性好；
       3) 操作簡單，拆卸方便；

           測試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu):

       大功率伺服控制器測試設(shè)備由測試控制柜、加載臺和大功率電源組成，如圖1所示。測試控制柜用于為伺服控制器及加載設(shè)備提供控制信號，同時采集系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對伺服控制器性能指標(biāo)進(jìn)行測量、分析；加載臺用于安裝電機(jī)、傳感器及加載設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的動態(tài)加載；大功率電源用于為伺服控制器提供動力電源。
測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成效果圖如下：

       加載臺設(shè)計數(shù)量為2套，為了滿足私服控制器進(jìn)行雙路輸出的測試要求。整個區(qū)域的面積為3m X 5m。

       機(jī)柜從上之下依次為：功率分析儀、19寸顯示器、機(jī)箱、鼠標(biāo)鍵盤組合、信號調(diào)理箱、控制電源。

           功率分析儀:

       廣州致遠(yuǎn)電子企業(yè)級高精度功率分析儀PA6000,是廣州致遠(yuǎn)電子推出的高精度高性價比的企業(yè)級功率分析儀。具有7個通道，其中一個通道可以配置為電機(jī)專用通道。

           機(jī)箱:

       考慮到本項(xiàng)目所用板卡數(shù)量較多，選擇了18槽的PCI機(jī)箱。

           信號調(diào)理箱:

       信號調(diào)理箱的前面板主要有CAN接口、數(shù)字量輸入輸出接口、模擬量輸入輸出接口、脈沖輸出接口、電源開關(guān)和指示燈等。為本公司定制產(chǎn)品。

           CAN卡:

           差分脈沖卡:

       差分脈沖卡采用PCI總線，具體參數(shù)：

           I/0卡:

           驅(qū)動器電源:

       大功率直流電源采用國外品牌Genesys。Genesys系列大功率直流電源供應(yīng)器是為了工業(yè)應(yīng)用而專門研制的高性能直流電源供應(yīng)器，本系列產(chǎn)品具有高準(zhǔn)確性、高精確度、高穩(wěn)定性等優(yōu)良電子特性。是研究單位、實(shí)驗(yàn)室作為可調(diào)直流電源或生產(chǎn)線作為產(chǎn)品壽命測試電源的最好選擇，本系列產(chǎn)品設(shè)計有完善的過電壓、過溫度保護(hù)線路，產(chǎn)品的可靠性行更高。本系列產(chǎn)品只安裝有電壓調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)裝置，更能滿足操作者簡單、方便的簡單需求。

           加載電機(jī):

       加載電機(jī)采用直流伺服電機(jī)。伺服電機(jī)具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm，出力大。

           加載電機(jī)驅(qū)動器:

       伺服控制器選用施耐德品牌。
       > 大功率范圍：從0.9kw至42.5kw，單相或者三相
       > 扭矩從0.18至90Nm，2種類型的電機(jī)可以滿足所有應(yīng)用和裝配要求
       ●高性能，無需任何附件
       > 動態(tài)的結(jié)合：新的靜點(diǎn)繞線技術(shù)，快速控制環(huán)路響應(yīng)
       > 集成所有功能：EMC，CANopen
       > 集成安全功能：電源切除
       ●很多不同的接口選擇，可以滿足所有結(jié)構(gòu)
       > 可以連接：很多可能，編碼器接口，I/O接口，脈沖方向……
       > 可以通訊：適應(yīng)很多種通訊總線
       ●簡單、智能
       > 通過Unilink軟件，易于編程調(diào)試
       > 易于安裝、接線：并排放置，緊湊，已有連接線
       > 易于起動：由于有了SinCos Hiperface編碼器

           扭矩轉(zhuǎn)速測量:

       ZH07-B型傳感器除了具有標(biāo)準(zhǔn)ZH07-A型傳感器檢測轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩外，最大的特點(diǎn)就是能夠測量旋轉(zhuǎn)角度，傳感器制作能保證精度，內(nèi)置合適的讀出部件。

           安裝平臺:

       試驗(yàn)電機(jī)和測功機(jī)加載裝置安裝在鑄鐵平臺上，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的振動可以由鑄鐵平臺吸收。為了降低試驗(yàn)臺因高速旋轉(zhuǎn)帶來的震動等，在試驗(yàn)所需的平板下加裝6個減震墊。鑄鐵平臺上設(shè)計有T型槽，便于驅(qū)動電機(jī)支座、測功機(jī)支座及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器支座的固定通過參考用戶提供的試驗(yàn)電機(jī)的外形尺寸，本試驗(yàn)臺中鑄鐵平板的尺寸為： 1.5m×0.8m×0.25m（長×寬×厚）。

4、測試方法:

       1)被測系統(tǒng)中電機(jī)先運(yùn)行在規(guī)定的轉(zhuǎn)速，此時加載電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，所產(chǎn)生的能量通過4象限運(yùn)行變頻器回饋至電網(wǎng)。
       2)根據(jù)規(guī)定曲線，加載電機(jī)進(jìn)行加載。由于加載電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為2965r/min，所以在不超過額定轉(zhuǎn)速以下，是恒轉(zhuǎn)矩輸出。
       3)數(shù)據(jù)采集采集和監(jiān)控。

5、軟件設(shè)計框架:

上位機(jī)程序通過CAN卡、脈沖卡、I/O卡向伺服控制器發(fā)送控制指令，使被測控制器響應(yīng)。加載電機(jī)驅(qū)動器接收上位機(jī)指令，進(jìn)行加載動作。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、角度等參數(shù)通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備上傳至上位機(jī)程序，進(jìn)行處理和保存等相關(guān)動作。

6、上位機(jī)組態(tài):

       上位機(jī)軟件采用組態(tài)技術(shù)。MCGS是一種圖形化的編程的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)控制、運(yùn)動控制和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個快速的工業(yè)控制和數(shù)據(jù)采集技術(shù)。MCGS集成了與滿足 RS-232和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的控制系統(tǒng)，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。

7、注意事項(xiàng):

       （1）測試時，人員不得站在旋轉(zhuǎn)面重和的位置。
       （2）測試時，變頻器最大電流設(shè)置值應(yīng)和加載電機(jī)型號匹配。
       （3）變頻器嚴(yán)格接地，電氣柜外殼嚴(yán)格接地。

8、其他說明:

           安裝條件

       1.加載臺上旋轉(zhuǎn)部件外圍應(yīng)安裝防護(hù)罩；
       2.加載臺上須設(shè)置接地點(diǎn)，保證加載臺能夠可靠接地；
       3.應(yīng)具有必要的安全警示和防護(hù)措施，以確保操作人員安全；

           工作環(huán)境

       工作溫度：0℃~+45℃。貯存溫度：-20℃~+50℃。

           安全性

       加載臺上旋轉(zhuǎn)部件外圍應(yīng)安裝防護(hù)罩；加載臺上須設(shè)置接地點(diǎn)，保證加載臺能夠      可靠接地；應(yīng)具有必要的安全警示和防護(hù)措施，以確保操作人員安全。

           可靠性
       連續(xù)通電時間不小于96h。

           保障性
       提供全套圖紙和設(shè)計文件。

           維修性
       維修不需專用工具，組成模塊可快速拆裝，具有軟件升級能力。

           測試性
       具有上電自檢及故障定位功能。