ZWICK万能材料拉力试验机的技术改造

　　我公司 1991 年从德国引进一台 10kN 万能电子拉力实验机, 主要用于橡塑制品的性能测试。其主要特点: 直流伺服电机驱动双丝杠带动横梁移动实现拉、压功能, 采用速度反馈及电流反馈的双闭环控制, 具有启动扭矩大、调速范围广、精度高( 力值 0.1N, 位移 0.01mm) 的特点。在 1998 年的使用过程中, 主机电源控制系统出现故障, 经检查发现烧坏了开关电源稳压启动器及大功率管等元件。后与该制造厂家联系修理, 报价高达 7 万元。后经讨论商定, 借鉴国产电子拉力机控制的成功经验改造此设备。在不改变原设备测试精度的前提下, 用一套独立的伺服控制系统代替原驱动板, 其它不变, 这样可大幅度降低维修成本。

　　分析原直流伺服系统的工作原理 ( 图1) , 当运行指令发出时 , b3的4、5 两点闭合 , 发出工作信号 , 而后 b1的 1、3点接受计算机发出的0～10VDC 可变电压信号, 控制电机的速度大小和方向。根据其工作特性, 把 U1 驱动控制板解析为一个独立的系统, 也可以用其它伺服系统代替, 实现该控制功能。

　　目前交流伺服技术发展很快, 采用了先进全数字式驱动控制技术, 硬件结构简单, 参数调整方便, 产品生产的一致性和可靠性强, 同时集成复杂的电机控制算法和智能化控制功能, 如增益自动调整、计算机通信等功能, 已逐步取代 90 年代的直流伺服系统, 因此我们考虑采用价廉质优的交流伺服系统。而松下 MINAS A 系列交流伺服驱动器正是其中的杰出代表, 其控制方式多种, 有位置、速度和转矩控制, 还可以用装有 PANTERN 通信软件的个人电脑来查看、设定和调整参数, 十分方便。电机轴端采用 2 500p/r 增量式旋转编码器, 保证了系统的高精度和高稳定性。伺服控制器接线原理如图2 所示。

　　图2 中14、15 脚为速度指令端子, 相当于 b1的 1、3 两点, 7、41 脚为控制电源 DC24V 端子,29 脚为伺服 “ON”端子 , 接线时将此端子与“COM- ”短接即可, 26 脚为“ZEROSPD”信号端子控制电机的运行和停止。由于该伺服器的电源为三相 220V, 还需制做一个三相电源变压器。

　　根据实验机的工作条件, 应该采用速度控制方式, 其功能接线如图3 所示, G 为旋转编码器, M为交流伺服电机, 其中主要采用 29 脚“SRV- ON”端子, 当此端子连接到 COM- 时, 驱动器被允许工作; 26 脚零速嵌位端子, 此端子控制速度指令的有效和无效, 与“COM- ”连接时, 速度指令被认为有效, 用它来控制电机的运行和停止; 14、15脚“速度指令”端子, 此端子用来输入 0～±10VDC模拟电压, 控制电机转速及方向。当系统得电时,KM主接触器吸和, 接通伺服器电源, 操作人员设定好工艺参数, 按下启动键后, SRV- ON 端子有输入信号, 伺服器开始进入工作状态, 同时根据工艺要求所设定的参数, 计算机自动输出 0～10VDC 的可调直流电压信号, 控制伺服器输出电压, 从而控制电机速度及方向, 完成一个工作周期。经过多次调整调出试验用 50、100、500mm/min 试验速度,并重新校对各试验参数, 启动、制动均能满足要求。