1 項(xiàng)目背景
深圳是全國(guó)LED的重要生產(chǎn)基地和貿(mào)易中心，已有較完整的產(chǎn)業(yè)鏈和配套能力，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，同行間都在拼價(jià)格、拼效率。在這樣的背景下，深圳某公司的核心產(chǎn)品SMD-LED全自動(dòng)分光機(jī)，自然就成為了革新對(duì)象，分光機(jī)的核心系統(tǒng)---伺服系統(tǒng)就成為最先要改進(jìn)的部分。英威騰憑借在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域多年累積的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和知名度，DA200伺服成功入圍并在測(cè)試中取得良好成效。
在生產(chǎn)效率日益增長(zhǎng)的今天，原有40k/h的分光機(jī)已不能滿足市場(chǎng)需求。客戶需要更快的速度及更高的穩(wěn)定性滿足生產(chǎn)需求。深入了解了客戶的工藝和需求后，針對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)慣量大、對(duì)剛性要求高的特點(diǎn)，英威騰技術(shù)人員通過(guò)科學(xué)精確的計(jì)算，開(kāi)創(chuàng)性的為該行業(yè)定制了專用馬達(dá)，并選用了DA200系列高性能伺服驅(qū)動(dòng)器以滿足并超過(guò)客戶預(yù)期效果。英威騰伺服因其極高的響應(yīng)速度，豐富的I/O功能、功能強(qiáng)大的調(diào)試軟件等特點(diǎn)，給客戶留下了深刻的印象。
2 項(xiàng)目方案
2.1伺服選型及特點(diǎn)講解
LED分光機(jī)對(duì)位置精度及響應(yīng)時(shí)間要求非常苛刻。在整個(gè)機(jī)臺(tái)中，關(guān)鍵有兩個(gè)工位：轉(zhuǎn)盤(pán)軸和檢測(cè)軸。轉(zhuǎn)盤(pán)軸要求高剛性、高速度、高響應(yīng)，其他伺服品牌選送的都是750W輕慣量的馬達(dá)，剛性提升空間有限。英威騰技術(shù)人員通過(guò)科學(xué)精確的計(jì)算，開(kāi)創(chuàng)性的為該行業(yè)定制了專用馬達(dá)，并選用了DA200系列高性能伺服驅(qū)動(dòng)器配合先進(jìn)的算法，以滿足并超過(guò)客戶預(yù)期效果。通過(guò)定制化的大扭矩伺服馬達(dá)，使得該軸的剛性有了顯著的提升，靜止時(shí)（serve on）用手觸摸，沒(méi)有任何振感，客戶對(duì)英威騰這個(gè)效果非常滿意。英威騰選用的DA200系列伺服搭配23Bit（8388608PPR）絕對(duì)值編碼器，可以滿足設(shè)備高精度定位控制和穩(wěn)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)用需求。實(shí)際調(diào)試的結(jié)果是指令時(shí)間11.875ms，轉(zhuǎn)盤(pán)軸伺服定位完成13ms，整定時(shí)間不到2ms,滯留脈沖為0個(gè)pulse,好過(guò)客戶要求的整定時(shí)間5ms,位置誤差2個(gè)pulse。
時(shí)間就是金錢(qián)，這句話在LED行業(yè)更能體現(xiàn)效率的重要性。充分利用英威騰DA200伺服優(yōu)越的響應(yīng)性能，拉高馬達(dá)的頻寬，使得設(shè)備的整體運(yùn)行達(dá)到最佳的狀態(tài)。
2.3分度盤(pán)電機(jī)設(shè)計(jì)：
1）決定加減速時(shí)間
加減速時(shí)間以定位時(shí)間的50%效率最高：
2）電機(jī)轉(zhuǎn)速
3）計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩
因?yàn)槟Σ霖?fù)載極小，故忽略：
4）計(jì)算電機(jī)軸加速轉(zhuǎn)矩（克服慣量）
5）加速轉(zhuǎn)矩
6）必須轉(zhuǎn)矩
*安全系數(shù) S=1
7）額定轉(zhuǎn)矩
其中假定其過(guò)程只有加減速階段，無(wú)勻速階段，公式簡(jiǎn)化為：
8）負(fù)荷與電機(jī)慣量比
根據(jù)以上數(shù)據(jù)定制專用電機(jī)，在實(shí)踐應(yīng)用中也證實(shí)與計(jì)算數(shù)據(jù)基本相符。
3 工藝流程
LED分光機(jī)主要用于LED產(chǎn)品光色一致性的檢測(cè)和分光,配有精密的光譜分析儀，具有高智能性,可自動(dòng)檢測(cè)出不合格產(chǎn)品并將之吹入廢料盒,系統(tǒng)架構(gòu)是由圓形振動(dòng)盤(pán)與平行振動(dòng)軌道負(fù)責(zé)送料,以吸嘴將LED送至轉(zhuǎn)盤(pán),經(jīng)由測(cè)試站量測(cè)光電特性之后,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)量測(cè)儀器的測(cè)試結(jié)果,透過(guò)分料機(jī)構(gòu)將LED送至所屬之落料盒。
圖1 工藝流程圖
送料機(jī)構(gòu)把料送到固定位→吸料機(jī)構(gòu)把料送到轉(zhuǎn)盤(pán)上的工位1→轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度把料送到工位2→檢測(cè)機(jī)構(gòu)下來(lái)工作采集相關(guān)數(shù)據(jù)→轉(zhuǎn)盤(pán)再把檢測(cè)后的料送到工位3→高壓氣槍把料吹入收集箱（收集箱會(huì)根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果，事先確定好收集管的位置）。
圖2 設(shè)備電控配置示意圖
圖3 設(shè)備示意圖
分光機(jī)產(chǎn)品參數(shù)
電性測(cè)試參數(shù)
序號(hào) | 測(cè)量電性參數(shù) | 測(cè)試條件范圍 | 測(cè)試分辨率 |
1 | 排向電壓POL | 0.001—500MA | 1mV |
2 | 正向電壓VF | 0.001—500MA | 1MV |
3 | 反向電流IR | 0.1V—20V | 0.1μA |
4 | 正向電流IF | 0.1V—20V | 0.01 mA |
5 | 反向電壓VR | 1-1000μA | 1MV |
光學(xué)測(cè)試參數(shù)
序號(hào) | 光電測(cè)試參數(shù) | 測(cè)試范圍 | 重復(fù)測(cè)試精度 |
1 | 色度坐標(biāo)XYZ | CIE1931&1964XYZ 可見(jiàn)光范圍標(biāo)準(zhǔn) | ±0.001 |
2 | 主波λd | 380nm-780nm | ±0.3mm |
3 | 峰值波長(zhǎng)λp | 350nm-1000nm 可根據(jù)客戶要求配置 | ±0.8mm |
4 | 半波寬λd | 350nm-1000nm 可根據(jù)客戶要求配置 | ±0.5mm |
5 | 色純度PUR | PUR | ±0.01 |
6 | 光強(qiáng)MCD | 可見(jiàn)光/紅外光 | ±5% |
7 | 相關(guān)色溫CCT （μrd） | 1000K—40000K | ±0.8% |
8 | 光通量ФV （單位mlm） | 根據(jù)衰減的衰減率 和積分球內(nèi)徑定 | ±0.6% |
主體技術(shù)參數(shù)
分光系統(tǒng) | 自主研發(fā)，獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán) |
分級(jí)能力 | 132BIN或264BIN |
最大產(chǎn)能 | 40Kh |
回BIN率 | ≧95% |
測(cè)試站數(shù) | 1站 |
供電電源 | AC220V 50Hz 10A |
氣壓 | 0.45-0.50Mpa |
真空來(lái)源 | 內(nèi)置進(jìn)口真空泵 |
功率 | ≦2.30Kw |
外形尺寸 | 1220mm x 770mm x 1860mm |
重量 | 460Kg |
*客戶希望能將最大產(chǎn)能提高到65K/h以上。
4.伺服參數(shù)調(diào)整
A.使用提高剛性及速度前饋版
1)調(diào)整慣量，觀察R0.51實(shí)際慣量值
2)提高剛性至21左右
3)提高速度增益。速度增益與積分乘積在500~900之間。
4)加前饋，至56%
5)使用濾波器陷波
波形效果圖
效果：比較好，但從波形上可以觀察13.3ms完成后動(dòng)作后還有波動(dòng)，使用高速攝像頭觀測(cè)到14ms完成但還是會(huì)有略微的抖動(dòng)。
B.專家調(diào)試-使用速度觀測(cè)器版
1)先調(diào)慣量，把慣量比設(shè)定好，可以實(shí)時(shí)觀察R0.51進(jìn)行調(diào)整。
2)然后將速度環(huán)增益向上調(diào)，調(diào)至出現(xiàn)振動(dòng)了,觀察轉(zhuǎn)矩波動(dòng)可以得到振動(dòng)頻率，使用陷波濾波器抑制。（超過(guò)1KHz以上可以把深度加深為0，Q值為1）
3)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定后，把速度觀測(cè)器打開(kāi)。逐步提高速度觀測(cè)器增益（不振為止）。
4)速度觀測(cè)器增益提高之后，速度環(huán)增益就可以大幅上調(diào)了，可以50Hz往上加，直至不振為止。
5)提高了速度增益后，提高位置增益，讓最后幾個(gè)脈沖快速收尾。一般速度增益提高之后位置增益在1.5倍范圍內(nèi)提高。
部分參數(shù)
波形效果圖（滯留脈沖）
5 項(xiàng)目總結(jié)：
使用速度觀測(cè)器后：
- 增益得到極大提高，響應(yīng)快，整定時(shí)間只有2ms；
- 噪聲減小，聲音明顯變得清脆；
- 負(fù)載率變低，電機(jī)溫度明顯下降；
- 每小時(shí)最大速度達(dá)72K（還可以更高），超過(guò)其機(jī)械速度上限；
經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的測(cè)試，設(shè)備運(yùn)行情況良好，產(chǎn)品成品率高,設(shè)備的工作效率提高了80%（從40K提高至72K）。英威騰DA200伺服以其高精度、高應(yīng)答、高價(jià)值的強(qiáng)大功能，贏得了客戶的高度認(rèn)可。隨著LED市場(chǎng)需求的進(jìn)一步加大，LED制造設(shè)備的需求量也會(huì)同比增長(zhǎng),英威騰伺服在分光機(jī)上的成功應(yīng)用，為英威騰更多產(chǎn)品進(jìn)入這個(gè)行業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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關(guān)于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的工業(yè)自動(dòng)化和能源電力領(lǐng)域的產(chǎn)品與服務(wù)提供者，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，目前擁有16家控股子公司，分駐于全國(guó)的12大研發(fā)中心，申請(qǐng)各類專利800多件，依托于電力電子、電氣傳動(dòng)、自動(dòng)控制、信息技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，主要產(chǎn)品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、PLC、HMI、SVG、UPS、電機(jī)和電主軸、光伏逆變器、節(jié)能減排在線管理系統(tǒng)、軌道交通牽引系統(tǒng)、新能源汽車電控系統(tǒng)等。英威騰現(xiàn)有員工2500多人，大型生產(chǎn)基地3個(gè)，營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)遍布國(guó)內(nèi)及海外60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
