DA200伺服在LED分光机上的应用
- 关键词：英威腾伺服,,DA200,LED分光机
- 摘要：本文主要介绍英威腾伺服凭借其高精度、高响应、高价值的强大功能及定制化服务，成功地应用在了LED分光机上，赢得了客户的高度认可。
1 项目背景
深圳是全国LED的重要生产基地和贸易中心，已有较完整的产业链和配套能力，在激烈的市场竞争中，同行间都在拼价格、拼效率。在这样的背景下，深圳某公司的核心产品SMD-LED全自动分光机，自然就成为了革新对象，分光机的核心系统---伺服系统就成为最先要改进的部分。英威腾凭借在工业自动化领域多年累积的专业经验和知名度，DA200伺服成功入围并在测试中取得良好成效。
在生产效率日益增长的今天，原有40k/h的分光机已不能满足市场需求。客户需要更快的速度及更高的稳定性满足生产需求。深入了解了客户的工艺和需求后，针对转盘惯量大、对刚性要求高的特点，英威腾技术人员通过科学精确的计算，开创性的为该行业定制了专用马达，并选用了DA200系列高性能伺服驱动器以满足并超过客户预期效果。英威腾伺服因其极高的响应速度，丰富的I/O功能、功能强大的调试软件等特点，给客户留下了深刻的印象。
2 项目方案
2.1伺服选型及特点讲解
LED分光机对位置精度及响应时间要求非常苛刻。在整个机台中，关键有两个工位：转盘轴和检测轴。转盘轴要求高刚性、高速度、高响应，其他伺服品牌选送的都是750W轻惯量的马达，刚性提升空间有限。英威腾技术人员通过科学精确的计算，开创性的为该行业定制了专用马达，并选用了DA200系列高性能伺服驱动器配合先进的算法，以满足并超过客户预期效果。通过定制化的大扭矩伺服马达，使得该轴的刚性有了显著的提升，静止时（serve on）用手触摸，没有任何振感，客户对英威腾这个效果非常满意。英威腾选用的DA200系列伺服搭配23Bit（8388608PPR）绝对值编码器，可以满足设备高精度定位控制和稳低速运转时的应用需求。实际调试的结果是指令时间11.875ms，转盘轴伺服定位完成13ms，整定时间不到2ms,滞留脉冲为0个pulse,好过客户要求的整定时间5ms,位置误差2个pulse。
时间就是金钱，这句话在LED行业更能体现效率的重要性。充分利用英威腾DA200伺服优越的响应性能，拉高马达的频宽，使得设备的整体运行达到最佳的状态。
2.3分度盘电机设计：
1）决定加减速时间
加减速时间以定位时间的50%效率最高：
2）电机转速
3）计算负载转矩
因为摩擦负载极小，故忽略：
4）计算电机轴加速转矩（克服惯量）
5）加速转矩
6）必须转矩
*安全系数 S=1
7）额定转矩
其中假定其过程只有加减速阶段，无匀速阶段，公式简化为：
8）负荷与电机惯量比
根据以上数据定制专用电机，在实践应用中也证实与计算数据基本相符。
3 工艺流程
LED分光机主要用于LED产品光色一致性的检测和分光,配有精密的光谱分析仪，具有高智能性,可自动检测出不合格产品并将之吹入废料盒,系统架构是由圆形振动盘与平行振动轨道负责送料,以吸嘴将LED送至转盘,经由测试站量测光电特性之后,系统会根据量测仪器的测试结果,透过分料机构将LED送至所属之落料盒。
图1 工艺流程图
送料机构把料送到固定位→吸料机构把料送到转盘上的工位1→转盘转动一个角度把料送到工位2→检测机构下来工作采集相关数据→转盘再把检测后的料送到工位3→高压气枪把料吹入收集箱（收集箱会根据检测的结果，事先确定好收集管的位置）。
图2 设备电控配置示意图
图3 设备示意图
分光机产品参数
电性测试参数
序号 | 测量电性参数 | 测试条件范围 | 测试分辨率 |
1 | 排向电压POL | 0.001—500MA | 1mV |
2 | 正向电压VF | 0.001—500MA | 1MV |
3 | 反向电流IR | 0.1V—20V | 0.1µA |
4 | 正向电流IF | 0.1V—20V | 0.01 mA |
5 | 反向电压VR | 1-1000µA | 1MV |
光学测试参数
序号 | 光电测试参数 | 测试范围 | 重复测试精度 |
1 | 色度坐标XYZ | CIE1931&1964XYZ 可见光范围标准 | ±0.001 |
2 | 主波λd | 380nm-780nm | ±0.3mm |
3 | 峰值波长λp | 350nm-1000nm 可根据客户要求配置 | ±0.8mm |
4 | 半波宽λd | 350nm-1000nm 可根据客户要求配置 | ±0.5mm |
5 | 色纯度PUR | PUR | ±0.01 |
6 | 光强MCD | 可见光/红外光 | ±5% |
7 | 相关色温CCT （µrd） | 1000K—40000K | ±0.8% |
8 | 光通量ФV （单位mlm） | 根据衰减的衰减率 和积分球内径定 | ±0.6% |
主体技术参数
分光系统 | 自主研发，独立知识产权 |
分级能力 | 132BIN或264BIN |
最大产能 | 40Kh |
回BIN率 | ≧95% |
测试站数 | 1站 |
供电电源 | AC220V 50Hz 10A |
气压 | 0.45-0.50Mpa |
真空来源 | 内置进口真空泵 |
功率 | ≦2.30Kw |
外形尺寸 | 1220mm x 770mm x 1860mm |
重量 | 460Kg |
*客户希望能将最大产能提高到65K/h以上。
4.伺服参数调整
A.使用提高刚性及速度前馈版
1)调整惯量，观察R0.51实际惯量值
2)提高刚性至21左右
3)提高速度增益。速度增益与积分乘积在500~900之间。
4)加前馈，至56%
5)使用滤波器陷波
波形效果图
效果：比较好，但从波形上可以观察13.3ms完成后动作后还有波动，使用高速摄像头观测到14ms完成但还是会有略微的抖动。
B.专家调试-使用速度观测器版
1)先调惯量，把惯量比设定好，可以实时观察R0.51进行调整。
2)然后将速度环增益向上调，调至出现振动了,观察转矩波动可以得到振动频率，使用陷波滤波器抑制。（超过1KHz以上可以把深度加深为0，Q值为1）
3)转矩稳定后，把速度观测器打开。逐步提高速度观测器增益（不振为止）。
4)速度观测器增益提高之后，速度环增益就可以大幅上调了，可以50Hz往上加，直至不振为止。
5)提高了速度增益后，提高位置增益，让最后几个脉冲快速收尾。一般速度增益提高之后位置增益在1.5倍范围内提高。
部分参数
波形效果图（滞留脉冲）
5 项目总结：
使用速度观测器后：
- 增益得到极大提高，响应快，整定时间只有2ms；
- 噪声减小，声音明显变得清脆；
- 负载率变低，电机温度明显下降；
- 每小时最大速度达72K（还可以更高），超过其机械速度上限；
经过两个多月的测试，设备运行情况良好，产品成品率高,设备的工作效率提高了80%（从40K提高至72K）。英威腾DA200伺服以其高精度、高应答、高价值的强大功能，赢得了客户的高度认可。随着LED市场需求的进一步加大，LED制造设备的需求量也会同比增长,英威腾伺服在分光机上的成功应用，为英威腾更多产品进入这个行业奠定坚实基础。
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关于英威腾：
英威腾，成立于2002年，致力于成为全球领先、受人尊敬的工业自动化和能源电力领域的产品与服务提供者，2010年在深交所A股上市，股票代码：002334。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业，目前拥有16家控股子公司，分驻于全国的12大研发中心，申请各类专利800多件，依托于电力电子、电气传动、自动控制、信息技术等关键技术，主要产品涵括高中低压变频器、电梯智能控制系统、伺服系统、PLC、HMI、SVG、UPS、电机和电主轴、光伏逆变器、节能减排在线管理系统、轨道交通牵引系统、新能源汽车电控系统等。英威腾现有员工2500多人，大型生产基地3个，营销网络遍布国内及海外60多个国家和地区。