引言

　　滑環是衛星太陽電池陣驅動機構中的關鍵部件，星載滑環的可靠性直接關系到衛星任務的順利執行。為檢測某星載滑環長時間工作時各項參數變化及穩定性，必須對該星載滑環進行仿真跑合試驗。

　　該型號滑環跑合臺在跑合時裝夾滑環，需要在0.120 r／min轉速范圍內調速，要求實現轉速顯示、自動正反轉、旋轉累計圈數顯示、轉矩顯示、故障自動停機。原有的跑合臺只能按照單一方向、單一速度跑合，需人工記錄跑合時間和圈數，且無法完全滿足跑合轉速的范圍要求。跑合試驗中曾因線纜纏繞引發故障，未及時停機，造成滑環損壞。

　　設計要求中轉速跨度較大，為確保轉速精度，使用伺服電機作為系統的執行部件。考慮到伺服電機正常運轉條件下，如果轉速過低，電機轉動即會處于不穩定狀態，且長期低速運轉可能縮短電機使用壽命甚至損壞電機。為保證長期使用安全可靠，選定伺服電機正常工作最低轉速為10 r／min。

　　綜合經濟和性能因素，采用1／100減速機配合最高轉速3 000 r／min小功率交流伺服電機研制新型滑環跑合臺。同時利用計算機通訊通過組態軟件構建操作監控系統，實現靈活的跑合方式和故障自動停機功能。

1 系統組成

　星載滑環跑合臺電氣系統組成如圖1所示。PLC(可編程邏輯控制器)為運動控制系統的控制單元，PLC脈沖輸出模塊與伺服放大器通訊，控制交流伺服電機。同時PLC通過模擬量輸入模塊采集旋轉扭矩測試儀發出的轉速、轉矩信號，傳送給工控機。

圖1電氣系統組成圖

　　工控機作為系統的主控制器，是人機信息交互的接口，利用組態軟件INSPEC構建操作界面和監控界面，設定運行方式及操作參數，顯示實時轉速、轉矩數值，統計旋轉累積圈數。

2 控制系統設計

　　2.1 硬件組成及設定

　　系統主要控制器件均選用三菱系列化產品。PLC為FX2N-32MR，擴展兩塊特殊功能模塊：脈沖輸出模塊FX2N-10PG和模擬量輸入模塊FX2N-4AD。伺服放大器選擇MRJ3系列，交流伺服電機型號為HFKP23。

　　三菱通用伺服MELSERVOJ3系列有位置控制、速度控制和轉矩控制3種。該系列伺服電機采用了分辨率為262,144脈沖／轉的絕對位置編碼器，有USB和RS422串行通信功能，可以使用裝有伺服設置軟件的個人計算機進行參數設定、試運行、狀態顯示監控和增益調整等。系統涉及的伺服放大器的功能如下：

　　1)電子齒輪：可將輸入脈沖減小或放大至1／10～2 000倍，本系統設置PA06=10、PA07=1。

　　2)模擬監視輸出：伺服電機狀態可以通過2個通道以電壓形式輸出。設定參數PCI4=0000、PCI5=0001，這樣輸出項目分別為伺服電機帶方向的轉速和帶方向的轉矩。

　　3)試運行模式：安裝伺服設置軟件MR Configurator2 MRZHW3-SETUP211 E，JOG運行。

　　FX2N．IOPG脈沖輸出模塊是最大輸出1 MHz脈沖列，驅動單軸的步進電機和伺服電機的特殊模塊。

　　通過使用FROM／TO指令對所連接的FX2N系列PLC進行數據讀寫。程序中關鍵的BFM(緩沖存儲器)設定見表1。

　　2.2 流程控制

　　在PLC程序中設定最大扭矩，與采集轉換后的扭矩數據比較，當實時扭矩大于設定值時，即可能發生故障，此時自動停機，結束自動或手動運行程序，并彈出提示框。控制系統流程圖見圖2。

圖2控制系統流程圖

3 系統軟件實現

　　3.1 系統程序設計

　　采用三菱編程軟件GX WORKS2對PLC進行編程、調試。它是三菱電機開發的PLC軟件，具有簡單工程(Simple Project)和結構化工程(Structured Project)兩種編程方式，支持梯形圖、指令表、SFC、ST及結構化梯形圖等編程語言，可實現程序編輯，參數設定，網絡設定，程序監控、調試及在線更改，可實現PLC數據與HMI(人機界面)、運動控制器的數據共享。

　　圖3為使用GX WORKS2對FX2N．10PG的BFM#26進行寫操作的程序。伺服電機正向點動或反向點動取決于M4、M5的狀態。若不通過輸入繼電器直接給出電機運行信號，也可用輔助繼電器如M20、M21取代程序中的X004、X005，在程序中對M20、M21的ON／OFF條件進行編程，以滿足手動、自動程序的需要。

　　3.2 監控系統設計

　　監控系統選用國內主流組態軟件INSPEC，IN．SPEC是．NET平臺組態軟件，具有全方位的開放架構，提供多種擴展軟件功能的方式和途徑，如添加圖形工具、Windows控件、功能模塊、設備通信程序。軟件易于升級、定制和集成。需要在工控機安裝INSPEC2009組態軟件及加密鎖驅動程序，再插入1只USB硬件加密狗。

　　圖4所示為組態界面主頁面。自上而下分別為曲線顯示區、報警區、操作區、參數區。最下方的狀態顯示條顯示工控機與PLC的實時通信狀態(通信正常／通信異常)，可設置并顯示操作員名稱、設備名稱，根據具體操作自動顯示工作狀態為正轉運行中／反轉運行中／正在準備正轉／正在準備反轉。

4 安裝調試

　　1)使用USB電纜MR．J3USBCBL3M連接伺服放大器MR-J3的USB通信接頭(CN5)。工控機安裝MRConfigurator2軟件，繞開PLC直接驅動伺服電機進行調試，以確認電機機械連接無誤且運轉良好。

　　2)工控機安裝三菱GX WORKS軟件，對PLC進行編程寫入。用編碼器線纜MR-J3ENCBL2M-A1-L連接FX2N一10PG與MR．J3，GX WORKS模擬開始狀態，對控制啟動的輔助繼電器強制ON，驅動電機運行，確保程序無誤。

　　3)使用RS232C傳輸線連接計算機COM口與PLC串口，或使用USBSC09連接計算機USB口與PLC串口，均可實現計算機與PLC通信。

　　4)計算機安裝INSPEC組態軟件，在INSPEC中新建工程，正確設置10通信的通道類型、串口、波特率、協議類型、設備名稱和設備類型，實現INSPEC與PLC的數據交換。運行建立好的工程，完成調試。

5 結束語

　　基于PLC和伺服電機的某星載滑環跑合臺控制系統，克服了原有跑合臺的不足，具有實時性好、人機界面友好、易于擴充和調整靈活等優點。現場運行穩定，安全可靠，大大提高了滑環跑合試驗的自動化水平、控制靈活性以及試驗效率。實現了良好的經濟效益，可以推廣到其他產品的跑合試驗系統中，具有較好的借鑒意義。