钢卷尺印刷机新老三菱交流伺服系统的替换

1 概述
湖南某钢卷尺生产厂有几台90年代由日本大同实业公司（DAIDO  JITSUGY  CO；LTD）制造的ML400-T2钢卷尺印刷机。该印刷机配置了三菱交流伺服系统，其控制系统基本构成是：由三菱F2-80MT可编程控制器负责整个系统的开关量逻辑控制；由精度为1000p/rev的旋转编码器跟踪主轴的转速，将其脉冲信号送到专用的三菱MR-RT比例设定器（设有外部拨码开关进行脉冲数的人工微调）；经过微调后的脉冲信号输入伺服放大器驱动伺服电机；伺服电机带动差动机械装置，进行钢卷尺的“毫米”刻度印刷；而“分米”、“米”的刻度印刷由机械机构严格保证其与“毫米”印刷按比例同步。

因使用年限的关系，其中一台印刷机的MR-VC42伺服放大器的功率模块和驱动模块均已损坏。经多方查询，三菱电机公司停产此型号已有多年，已无配件可供，国内也无法修复，故采用最新型号的MR-J2S-60A交流伺服放大器和HC-SFS52交流伺服电机替代。

2 新老伺服系统技术性能对比
2．1  
原交流伺服放大器铭牌：
AC SERVO
MODEL           MR-VC42
TC300A000G51     B
POWER SUPPLY    AC200V50Hz  200/230V 60Hz
OUTPUT           3.7 A
SERIAL            130036E
MITSUBISHI   ELECTRIC  CORPORATION
MADE  IN  JAPAN
BC370C00H01
原交流伺服电机铭牌：
MITSUBISHI  ELECTRIC
INDUCTION  SERVO  MOTOR
MODEL           HB-42
0.5   0.4Kw
2000rpm
RATING   50%  EDCONT
0 ~ 40℃
MITSUBISHI   ELECTRIC  CORPORATION
MADE  IN  JAPAN

2.2与由菱电自动化（上海）有限公司联系后，该公司提供了原伺服系统极其有限的基本技术资料，其单位制采用旧制：
·伺服电机型号：HB-42               
·伺服放大器型号：MR-VC42
·额定功率：0.4kW                  
·额定转矩：19.5 kg.cm
·3000rpm时转矩：13.0 kg.cm         
·额定转速：2000 r/min
·最大转速：3000 r/min               
·允许瞬间速度：3450 r/min
·最大转矩：48.7 kg.cm               
· 连续定额转矩时的功率变化率：.4.0kW/s
·惯性矩J：0.0094 kg.cm.s2                  
·转动惯量GD2：37 kg.cm2
·速度、位置检测器：分辨率：1000 p/rev
·结构：全封闭、自冷却
·电源：3相 AC220V/50Hz；允许电源波动率 ±5% 电源设备容量 1.2kVA

2．3新伺服系统的主要技术参数：
·伺服电机型号：HC-SFS52               
·伺服放大器型号：MR-J2S-60A
·额定功率：0.5kW                       
·额定转矩：2.39 N.m
·额定转速：2000 r/min                  
·最大转速：3000 r/min               
·允许瞬间速度：3450 r/min               
·最大转矩：7.16 N.m            
·连续定额转矩时的功率变化率：.8.7 kW/s   
·惯性矩J：0.0066 kg.cm.s2                 
·速度、位置检测器：分辨率：131072 p/rev
·结构：全封闭、自冷却
·电源：3相 AC220V/50Hz；电源设备容量 1.0 kVA
按现行国际单位制换算后，再对比新老型号的技术参数，证实新型号完全可以替代老型号。

3 新老伺服系统硬件接线对比
3．1  我们依据日本大同公司产品图纸（日文）、三菱电机公司传真资料（日文）、《三菱MR-H□AN技术资料集（英文）》、《三菱AC伺服教程》、《MR-J2S□A伺服放大器技术资料集》等资料推断出老系统的输入/输出情况：
接口外形：MR-VC42伺服放大器的信号输入/输出接线仅一个CN1口，它是一只50针3列（18针-14针-18针，半圆缺口处为高位）的排插。已经使用的针脚定义如下：
·脉冲输入：
18针（PP）：正向脉冲输入
16针（NP）：正/反符号输入
6、13、14、26、30、37针（SG）：信号公共端（同名端内部相通）
·其它输入：
9针（SON）：伺服开启信号  Serev  on（来自PLC输出点Y43）
12针（RES）：复位信号 Reset（来自PLC输出点Y10）
24针（LSP）：正向行程末端 Forward  rotation  stroke  end
25针（LSN）：反向行程末端 Reverse  rotation  stroke  end
6、13、14、26、30、37针（SG）：信号公共端（同名端内部相通）
·其它输出：
3针（ALM）：伺服故障 Trouble
49针（RD）：准备完毕（就绪）Ready
48针（PF）：速度到达 Speed  reached
6、13、14、26、30、37针（SG）：信号公共端（同名端内部相通）

3．2  MR-RT比例设定器与MR-VC42伺服放大器接线
MR-RT 31A                    MR-VC42 16针（NP）正/反符号
MR-RT 31B                    MR-VC42 14针（SG）公共端
MR-RT 32A                    MR-VC42 18针（PP）正向脉冲
MR-RT 32B                    MR-VC42 14针（SG）公共端
3．3改型后的硬件接线



5 系统调试情况及经验总结
伺服放大器的电子齿轮（指令脉冲倍率的分子CMX、指令脉冲倍率的分母CDV）是系统精确同步的关键，原系统为CMX/CDV=150/35。因没有原伺服系统的操作手册，不知道其“最小命令单位”和“减速比”，仅知道新老系统的脉冲分辨率为131072p/rev和1000p/rev ，精度相距甚远，理论换算比较困难，我们最终采取上机印刷、逐步逼近的试验方法求出CMX/CDV=110，该比值完全符合工艺要求，比例器拨码开关的微调范围合理。

因无技术资料，旋转编码器比例器输出的脉冲波形在初调时将其误认为“带符号的脉冲串”，但伺服放大器无法接收这种信号。而实际波形是“正转/反转脉冲串”，21号伺服参数OP3（指令脉冲选择）应设置为“0000”，其定义为“脉冲串为正逻辑、指令脉冲串输入波形为正转/反转脉冲串”。

三菱伺服产品具有较强的互换性和继承性，即使是十多年前的老产品，其产品设计思路、接口参数（英文定义）、伺服参数基本与现行产品通用，仅个别地方有些差异。熟悉了目前流行的三菱伺服产品，较容易找出与老产品的其对应关系，这为我们进行使用三菱产品的各类专用机床设备的技术改造提供了非常有益的经验。