基于PLC和步進(jìn)電機(jī)的沖床自動送料系統(tǒng)研究

侯長俊

作者所在地為我國軸承保持器架、平墊生產(chǎn)基地之一，沖床被大量的使用，但自動化水平較低，操作工人勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。操作工人手持鐵板反復(fù)移動到?jīng)_壓刀具的正下方，由刀具切下一個個圓環(huán)或特制形狀的鐵片。實際工作中由于鐵板較重而且工人長期保持一個姿勢，生產(chǎn)效率低且容易患上職業(yè)病。若實現(xiàn)自動送料則操作工人只需更換整塊鐵板，加工過程中鐵板的移位由機(jī)器完成，從而可實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高和降低工人勞動強(qiáng)度的雙重效益。如上描述實現(xiàn)自動送料需要設(shè)計一套機(jī)構(gòu)夾住鐵板并讓其在平面（即x軸y軸）上精確移動位置，工人只需等整塊鐵板加工完畢換上新鐵板就可，加工過程無需參與。如果用單片機(jī)來實現(xiàn)該方案，要進(jìn)行復(fù)雜的二次開發(fā)，需要設(shè)計接口電路、抗干擾電路及驅(qū)動電路，軟件設(shè)計也較復(fù)雜。加之難以形成大批量生產(chǎn)，理論上可行但現(xiàn)實中行不通。PLC（Programmable Logic Controller）是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，它的特點是可靠性高、編程方式簡單直觀、功能越來越完善，使其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。用PLC控制步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)定位控制，硬件電路設(shè)計簡單、方便、快捷，編程語言形象直觀，容易掌握。步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，是控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其作用是將脈沖信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度或前進(jìn)一步。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖個數(shù)嚴(yán)格成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向，實現(xiàn)精確定位。該整套系統(tǒng)成本可控制在五千元左右，易于推廣在生產(chǎn)實踐中取得了良好的效益。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1主控單元

本系統(tǒng)選用無錫信捷XC系列的 XC3-32PLC作為主控單元，它有18個輸入、14個輸出，I/O共計32點。它具有體積小、功能強(qiáng)、性價比高等優(yōu)點，而且具有高速脈沖輸出功能，可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)準(zhǔn)確定位任務(wù)。

1.2步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器采用86HS85，它采用了先進(jìn)的控制技術(shù)并實現(xiàn)了電流的精密傳感和控制，從而達(dá)到了低速運(yùn)行平穩(wěn)、角度細(xì)分均勻、高速力矩大的效果，是一種高性能、小體積、低價格的驅(qū)動器。適用于精密測量、精確定位等領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)采用86HS85二相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，步距角為1.80。

驅(qū)動器的面板上有8個撥位開關(guān)，第4，5，6位選擇細(xì)分模式，如表1所示。驅(qū)動器細(xì)分設(shè)定后電機(jī)的步距角等于電機(jī)的整步步距角除以細(xì)分?jǐn)?shù)。例如細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)為5，驅(qū)動步距角是1. 50的步進(jìn)電機(jī)，其細(xì)分步距角為1. 50/5=0.30。第1，2位撥位開關(guān)用來選擇電流。

2 PLC脈沖控制方案

在定位移動過程中，刀具不進(jìn)行沖壓，為了減少時間，提高效率，要求快速移動，而在接近定位點時，為了保證定位精度則要降低速度，即定位過程分為粗定位階段和精定位階段。實現(xiàn)上述過程可以使步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率相同，而脈沖當(dāng)量不同，但這種方法需要兩套變速機(jī)構(gòu)。為了節(jié)省硬件設(shè)備，同時考慮步進(jìn)電機(jī)的啟動是一個加速過程，為了維護(hù)電機(jī)及其驅(qū)動設(shè)備，要求驅(qū)動脈沖頻率線性增加，所以本系統(tǒng)采用脈沖當(dāng)量不變，改變脈沖頻率的方法。

3定位過程的PLC編程策略

設(shè)定位過程中某一次移動鐵板由起始位置A移到D，AD= 40mm，脈沖當(dāng)量取0.Olmm/步，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)4，脈沖上限頻率為lOkHz.則走完全程共需16000個脈沖。根據(jù)這種方法，結(jié)合鐵板實際走過的路徑，可計算出加工過程脈沖參數(shù)表。再結(jié)合沖床上的各種傳感器及控制指令即可編制出實際的控制程序。

4結(jié)束語

本文概述了PLC控制步進(jìn)電機(jī)的硬件電路，分析了PLC的脈沖控制策略。實現(xiàn)了二維定位，使兩軸聯(lián)動達(dá)到了在平面上的精確定位目的。本設(shè)計方案也可以在其他要求精確定位的場合使用，可根據(jù)軸數(shù)適當(dāng)修改方案，具有很強(qiáng)的實用價值。