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1引言

    汽車密封條是汽車的重要零部件之一，廣泛用于車門、窗等部位，具有隔音、防塵、防滲水和減震的功能，保持和維護車內(nèi)小環(huán)境，從而起著對車內(nèi)乘員、機電裝置和附屬物品的重要保護作用。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，密封條的美觀、環(huán)保、舒適功能的重要性日益凸現(xiàn)。汽車密封條生產(chǎn)線的最后一個環(huán)節(jié)便是定型、切割、打孔；

    傳統(tǒng)的方式由行程開關(guān)根據(jù)要求長度控制后，進行自動切割，并延時推下，實行流水生產(chǎn)，切割機以定長開關(guān)信號為指令，完成切割全過程，待密封條切割完畢后再裝到打孔機上手動打孔，這種方式導致生產(chǎn)效率低下，自動化程度不高。

    本系統(tǒng)采用臺達20PM系列PLC控制，打孔機安裝在密封條生產(chǎn)線的末端，打孔、切割順序完成，20PM的內(nèi)置凸輪功能保證了打孔過程中與風鉆與密封條保持同步，A2伺服的快速響應(yīng)性提高了系統(tǒng)運行的速度及性能。本文著重闡述了檢測、跟隨打孔自動控制。

2控制系統(tǒng)設(shè)計

    汽車密封條的在線鉆孔一直是密封條生產(chǎn)過程中問題較多的環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的方法有停頓后鉆孔，偏心擺輪鉆孔或曲軸凸輪機構(gòu)鉆孔，這些方法各有特點，但是都有一些共同的缺點。

    (1)鉆孔間距的設(shè)定需要采用手工調(diào)節(jié)或者更換機械部件，非常不方便。

    (2)由于采用了曲軸和機械凸輪等機構(gòu)，設(shè)備的運動磨損大，工作可靠性差，打出來孔的外觀性較差。

    為了避免上述問題的出現(xiàn)，本系統(tǒng)采用了跟隨密封條生產(chǎn)線在線打孔的方法，即打孔機的時候?qū)崟r跟隨生產(chǎn)線的速度并實現(xiàn)可設(shè)定定長打孔。本系統(tǒng)使用一個增量型選擇編碼器安裝于密封條生產(chǎn)線的末端，用來采集密封條的線速度和計算來料長度；同時PLC將編碼器的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)部的凸輪曲線中，控制從軸即打孔軸完成在線打孔功能。系統(tǒng)控制圖如下。

    系統(tǒng)硬件設(shè)計：

    觸摸屏：臺達DOPB07S410；

    PLC：臺達DVP20PM00D；

    牽引伺服：臺達ASDA0721-AB；

    打孔伺服：臺達ASDA21021-L；

    旋轉(zhuǎn)編碼器：5V 差動信號 2500ppr；

    臺達20PM系列PLC內(nèi)置電子凸輪功能用來替代機械凸輪，相對于機械凸輪，其優(yōu)勢在于PLC的凸輪功能性能穩(wěn)定，可以隨時對凸輪曲線進行在線修正，也可以多個凸輪曲線分別調(diào)用，大大降低了設(shè)備制造難度。

    臺達DVP-20PM00D是一款具有運動控制專用功能的可編程控制器。20PM具有2路500KHz的輸入與輸出，在電子凸輪功能中定義X軸為從軸，編碼器輸入軸為主軸，當定義好CAM Table后，從軸依據(jù)定義的曲線跟隨主軸運動。利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現(xiàn)各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等，本系統(tǒng)正是利用了20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了復雜高精度在線打孔的問題。

    A2伺服為臺達公司推出的新型高精度網(wǎng)絡(luò)型交流伺服驅(qū)動器，是實現(xiàn)高速高精度自動化控制的首選伺服，特點如下：

    (1)高分辨率編碼器規(guī)格：提供20bit增量型編碼器；符合需要精細定位控制的機械設(shè)備的需求。此外，A2伺服也另外支持絕對型編碼器，滿足客戶機臺斷電時可記憶現(xiàn)在位置，在位置控制上提供更廣泛的使用場合。

    (2)網(wǎng)絡(luò)型控制架構(gòu)：針對目前全球工控界對于高速網(wǎng)絡(luò)的控制需求，ASDA-A2除了能夠提供標準Modbus的通訊規(guī)格，還支持CANopen(1M bps)，可以達到多軸幷聯(lián)高速控制。

    (3)強大的內(nèi)部位置模式：A2提升標準ASDA-A系列的內(nèi)部位置模式功能，提供位置控制編輯器；內(nèi)部位置緩存器由原先8點增加到64點，數(shù)字輸入點數(shù)(DI)增加到14點，位置控制方式由簡易的點對點移動模式，晉升到可以由參數(shù)設(shè)定在兩點間進行速度變換，甚至不同位置點的跳躍設(shè)定。大大滿足了客戶對于伺服驅(qū)動器的功能需求。

    在本系統(tǒng)中，20PM提供一個RS232通訊口與上位觸摸屏進行通訊，操作人員可以快捷地對系統(tǒng)運行參數(shù)進行查詢和修正；同時20PM的另一個RS485通訊口連接牽引伺服和打孔伺服，20PM通過便利的Modbus指令將所需數(shù)據(jù)及時地發(fā)送至兩臺伺服驅(qū)動器。

    高速在線打孔是典型的電子凸輪的應(yīng)用，要求在同步區(qū)類從動軸的線速度一定要等于主軸軸的線速度，這樣才能夠保證打出來的孔不會出現(xiàn)變形、開裂或不能打透等問題。此處利用PM內(nèi)建的電子凸輪功能完成此工藝的實現(xiàn)，通過主軸編碼器作為命令來源控制從軸A2伺服，在系統(tǒng)啟動時，從軸A2伺服開始尋找固定原點做為初始位置，完畢后啟動從動軸的電子凸輪；通過觸摸屏對打孔的孔距等參數(shù)進行設(shè)置。

    系統(tǒng)軟件設(shè)計：

    (1)20PM程序設(shè)置

    使用臺達PM編輯軟件PMSoft 2.08，在O100程序中對PM的輸入輸出參數(shù)進行設(shè)定，如圖4所示。

圖4

    首先需要先創(chuàng)建兩個解析度300點的Cam曲線。

    然后通過20PM的內(nèi)置功能塊設(shè)定，設(shè)定主軸來源、從軸參數(shù)及打孔長度等參數(shù)，此參數(shù)可以在觸摸屏上進行修改。

   20PM的內(nèi)置功能塊為PLC編程人員提供了極大的方便，我們可以直接調(diào)用，摒棄了傳統(tǒng)的使用指令的方式，降低了調(diào)試的復雜程度。

    觸摸屏程序設(shè)計：

    本系統(tǒng)采用的為臺達B系列觸摸屏，優(yōu)良的性能保證了觸摸屏與PLC的數(shù)據(jù)交換。

按照系統(tǒng)要求設(shè)定觸摸屏的通訊端口的各個參數(shù)。

    打孔參數(shù)設(shè)定畫面圖下圖所示，HMI上可以查詢到當前產(chǎn)量、累計產(chǎn)量，同時可以設(shè)定打孔距，同時對孔距及從軸補償設(shè)定，修正由于機械、安裝等造成的誤差。

    從軸伺服控制系統(tǒng)設(shè)定：

    (1)軟件版本ASDA_Soft V4.00，第一步使用USB連接線將計算機與伺服控制器相連，進行通訊設(shè)定，選擇On-Line，本設(shè)備使用的A2系列伺服，偵測完畢后確定進入系統(tǒng)。

    (2)伺服工作模式為Pt模式，需要在參數(shù)編輯器中設(shè)定伺服的工作模式、電子齒輪比等參數(shù)。

    (3)運行監(jiān)控

    通過PC軟件監(jiān)控馬達的速度線，可以看出從動軸與主動軸的追隨特性非常的好，重復定位精度達到±0.5mm。

3總結(jié)

    經(jīng)過多次試驗驗證，本系統(tǒng)打孔的重復精度達到±0.5mm，設(shè)備維護方便，深受用戶的歡迎，已經(jīng)完全取代了現(xiàn)在客戶使用的手動離線打孔設(shè)備。

    使用電子凸輪取代傳統(tǒng)的機械凸輪設(shè)計的汽車密封條在線旋轉(zhuǎn)打孔系統(tǒng)憑借優(yōu)良的性能、方便的操作，節(jié)省了人力物力，同時又提高了生產(chǎn)效率；由于20PM及A2伺服的可靠性高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，定位精度較高，控制系統(tǒng)智能、方便、快捷，深受客戶的好評。