引言

　　滑环是卫星太阳电池阵驱动机构中的关键部件，星载滑环的可靠性直接关系到卫星任务的顺利执行。为检测某星载滑环长时间工作时各项参数变化及稳定性，必须对该星载滑环进行仿真跑合试验。

　　该型号滑环跑合台在跑合时装夹滑环，需要在0.120 r／min转速范围内调速，要求实现转速显示、自动正反转、旋转累计圈数显示、转矩显示、故障自动停机。原有的跑合台只能按照单一方向、单一速度跑合，需人工记录跑合时间和圈数，且无法完全满足跑合转速的范围要求。跑合试验中曾因线缆缠绕引发故障，未及时停机，造成滑环损坏。

　　设计要求中转速跨度较大，为确保转速精度，使用伺服电机作为系统的执行部件。考虑到伺服电机正常运转条件下，如果转速过低，电机转动即会处于不稳定状态，且长期低速运转可能缩短电机使用寿命甚至损坏电机。为保证长期使用安全可靠，选定伺服电机正常工作最低转速为10 r／min。

　　综合经济和性能因素，采用1／100减速机配合最高转速3 000 r／min小功率交流伺服电机研制新型滑环跑合台。同时利用计算机通讯通过组态软件构建操作监控系统，实现灵活的跑合方式和故障自动停机功能。

1 系统组成

　星载滑环跑合台电气系统组成如图1所示。PLC(可编程逻辑控制器)为运动控制系统的控制单元，PLC脉冲输出模块与伺服放大器通讯，控制交流伺服电机。同时PLC通过模拟量输入模块采集旋转扭矩测试仪发出的转速、转矩信号，传送给工控机。

图1电气系统组成图

　　工控机作为系统的主控制器，是人机信息交互的接口，利用组态软件INSPEC构建操作界面和监控界面，设定运行方式及操作参数，显示实时转速、转矩数值，统计旋转累积圈数。

2 控制系统设计

　　2.1 硬件组成及设定

　　系统主要控制器件均选用三菱系列化产品。PLC为FX2N-32MR，扩展两块特殊功能模块：脉冲输出模块FX2N-10PG和模拟量输入模块FX2N-4AD。伺服放大器选择MRJ3系列，交流伺服电机型号为HFKP23。

　　三菱通用伺服MELSERVOJ3系列有位置控制、速度控制和转矩控制3种。该系列伺服电机采用了分辨率为262,144脉冲／转的绝对位置编码器，有USB和RS422串行通信功能，可以使用装有伺服设置软件的个人计算机进行参数设定、试运行、状态显示监控和增益调整等。系统涉及的伺服放大器的功能如下：

　　1)电子齿轮：可将输入脉冲减小或放大至1／10～2 000倍，本系统设置PA06=10、PA07=1。

　　2)模拟监视输出：伺服电机状态可以通过2个通道以电压形式输出。设定参数PCI4=0000、PCI5=0001，这样输出项目分别为伺服电机带方向的转速和带方向的转矩。

　　3)试运行模式：安装伺服设置软件MR Configurator2 MRZHW3-SETUP211 E，JOG运行。

　　FX2N．IOPG脉冲输出模块是最大输出1 MHz脉冲列，驱动单轴的步进电机和伺服电机的特殊模块。

　　通过使用FROM／TO指令对所连接的FX2N系列PLC进行数据读写。程序中关键的BFM(缓冲存储器)设定见表1。

　　2.2 流程控制

　　在PLC程序中设定最大扭矩，与采集转换后的扭矩数据比较，当实时扭矩大于设定值时，即可能发生故障，此时自动停机，结束自动或手动运行程序，并弹出提示框。控制系统流程图见图2。

图2控制系统流程图

3 系统软件实现

　　3.1 系统程序设计

　　采用三菱编程软件GX WORKS2对PLC进行编程、调试。它是三菱电机开发的PLC软件，具有简单工程(Simple Project)和结构化工程(Structured Project)两种编程方式，支持梯形图、指令表、SFC、ST及结构化梯形图等编程语言，可实现程序编辑，参数设定，网络设定，程序监控、调试及在线更改，可实现PLC数据与HMI(人机界面)、运动控制器的数据共享。

　　图3为使用GX WORKS2对FX2N．10PG的BFM#26进行写操作的程序。伺服电机正向点动或反向点动取决于M4、M5的状态。若不通过输入继电器直接给出电机运行信号，也可用辅助继电器如M20、M21取代程序中的X004、X005，在程序中对M20、M21的ON／OFF条件进行编程，以满足手动、自动程序的需要。

　　3.2 监控系统设计

　　监控系统选用国内主流组态软件INSPEC，IN．SPEC是．NET平台组态软件，具有全方位的开放架构，提供多种扩展软件功能的方式和途径，如添加图形工具、Windows控件、功能模块、设备通信程序。软件易于升级、定制和集成。需要在工控机安装INSPEC2009组态软件及加密锁驱动程序，再插入1只USB硬件加密狗。

　　图4所示为组态界面主页面。自上而下分别为曲线显示区、报警区、操作区、参数区。最下方的状态显示条显示工控机与PLC的实时通信状态(通信正常／通信异常)，可设置并显示操作员名称、设备名称，根据具体操作自动显示工作状态为正转运行中／反转运行中／正在准备正转／正在准备反转。

4 安装调试

　　1)使用USB电缆MR．J3USBCBL3M连接伺服放大器MR-J3的USB通信接头(CN5)。工控机安装MRConfigurator2软件，绕开PLC直接驱动伺服电机进行调试，以确认电机机械连接无误且运转良好。

　　2)工控机安装三菱GX WORKS软件，对PLC进行编程写入。用编码器线缆MR-J3ENCBL2M-A1-L连接FX2N一10PG与MR．J3，GX WORKS模拟开始状态，对控制启动的辅助继电器强制ON，驱动电机运行，确保程序无误。

　　3)使用RS232C传输线连接计算机COM口与PLC串口，或使用USBSC09连接计算机USB口与PLC串口，均可实现计算机与PLC通信。

　　4)计算机安装INSPEC组态软件，在INSPEC中新建工程，正确设置10通信的通道类型、串口、波特率、协议类型、设备名称和设备类型，实现INSPEC与PLC的数据交换。运行建立好的工程，完成调试。

5 结束语

　　基于PLC和伺服电机的某星载滑环跑合台控制系统，克服了原有跑合台的不足，具有实时性好、人机界面友好、易于扩充和调整灵活等优点。现场运行稳定，安全可靠，大大提高了滑环跑合试验的自动化水平、控制灵活性以及试验效率。实现了良好的经济效益，可以推广到其他产品的跑合试验系统中，具有较好的借鉴意义。