基于PLC和步进电机的冲床自动送料系统研究

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  作者所在地为我国轴承保持器架、平垫生产基地之一,冲床被大量的使用,但自动化水平较低,操作工人劳动强度大、生产效率低。操作工人手持铁板反复移动到冲压刀具的正下方,由刀具切下一个个圆环或特制形状的铁片。实际工作中由于铁板较重而且工人长期保持一个姿势,生产效率低且容易患上职业病。若实现自动送料则操作工人只需更换整块铁板,加工过程中铁板的移位由机器完成,从而可实现生产效率的提高和降低工人劳动强度的双重效益。如上描述实现自动送料需要设计一套机构夹住铁板并让其在平面(即x轴y轴)上精确移动位置,工人只需等整块铁板加工完毕换上新铁板就可,加工过程无需参与。如果用单片机来实现该方案,要进行复杂的二次开发,需要设计接口电路、抗干扰电路及驱动电路,软件设计也较复杂。加之难以形成大批量生产,理论上可行但现实中行不通。PLC(Programmable Logic Controller)是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器,它的特点是可靠性高、编程方式简单直观、功能越来越完善,使其在工业控制领域得到广泛的应用。用PLC控制步进电机实现定位控制,硬件电路设计简单、方便、快捷,编程语言形象直观,容易掌握。步进电机又称为脉冲电机,是控制系统中的一种执行元件。其作用是将脉冲信号变换为相应的角位移或直线位移,即给一个脉冲电信号,电动机就转动一个角度或前进一步。步进电机的角位移量与脉冲个数严格成正比,转速与脉冲频率成正比,因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序,便可获得所需的转角、转速及转动方向,实现精确定位。该整套系统成本可控制在五千元左右,易于推广在生产实践中取得了良好的效益。
  1、系统硬件设计
  1.1主控单元
  本系统选用无锡信捷XC系列的 XC3-32PLC作为主控单元,它有18个输入、14个輸出,I/O共计32点。它具有体积小、功能强、性价比高等优点,而且具有高速脉冲输出功能,可以驱动步进电机实现准确定位任务。
  1.2步进电机及其驱动器
  步进电机驱动器采用86HS85,它采用了先进的控制技术并实现了电流的精密传感和控制,从而达到了低速运行平稳、角度细分均匀、高速力矩大的效果,是一种高性能、小体积、低价格的驱动器。适用于精密测量、精确定位等领域。步进电机采用86HS85二相反应式步进电机,步距角为1.80。
  驱动器的面板上有8个拨位开关,第4,5,6位选择细分模式,如表1所示。驱动器细分设定后电机的步距角等于电机的整步步距角除以细分数。例如细分数设为5,驱动步距角是1. 50的步进电机,其细分步距角为1. 50/5=0.30。第1,2位拨位开关用来选择电流。
  2 PLC脉冲控制方案
  在定位移动过程中,刀具不进行冲压,为了减少时间,提高效率,要求快速移动,而在接近定位点时,为了保证定位精度则要降低速度,即定位过程分为粗定位阶段和精定位阶段。实现上述过程可以使步进电机的脉冲频率相同,而脉冲当量不同,但这种方法需要两套变速机构。为了节省硬件设备,同时考虑步进电机的启动是一个加速过程,为了维护电机及其驱动设备,要求驱动脉冲频率线性增加,所以本系统采用脉冲当量不变,改变脉冲频率的方法。
  3定位过程的PLC编程策略
  设定位过程中某一次移动铁板由起始位置A移到D,AD= 40mm,脉冲当量取0.Olmm/步,步进电机细分数4,脉冲上限频率为lOkHz.则走完全程共需16000个脉冲。根据这种方法,结合铁板实际走过的路径,可计算出加工过程脉冲参数表。再结合冲床上的各种传感器及控制指令即可编制出实际的控制程序。
  4结束语
  本文概述了PLC控制步进电机的硬件电路,分析了PLC的脉冲控制策略。实现了二维定位,使两轴联动达到了在平面上的精确定位目的。本设计方案也可以在其他要求精确定位的场合使用,可根据轴数适当修改方案,具有很强的实用价值。
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