1引言

    汽車(chē)密封條是汽車(chē)的重要零部件之一，廣泛用于車(chē)門(mén)、窗等部位，具有隔音、防塵、防滲水和減震的功能，保持和維護(hù)車(chē)內(nèi)小環(huán)境，從而起著對(duì)車(chē)內(nèi)乘員、機(jī)電裝置和附屬物品的重要保護(hù)作用。隨著汽車(chē)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(chē)密封條生產(chǎn)線(xiàn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)便是定型、切割、打孔；

    傳統(tǒng)的方式由行程開(kāi)關(guān)根據(jù)要求長(zhǎng)度控制后，進(jìn)行自動(dòng)切割，并延時(shí)推下，實(shí)行流水生產(chǎn)，切割機(jī)以定長(zhǎng)開(kāi)關(guān)信號(hào)為指令，完成切割全過(guò)程，待密封條切割完畢后再裝到打孔機(jī)上手動(dòng)打孔，這種方式導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，自動(dòng)化程度不高。

    本系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)20PM系列PLC控制，打孔機(jī)安裝在密封條生產(chǎn)線(xiàn)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(guò)程中與風(fēng)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(yùn)行的速度及性能。本文著重闡述了檢測(cè)、跟隨打孔自動(dòng)控制。

    2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    汽車(chē)密封條的在線(xiàn)鉆孔一直是密封條生產(chǎn)過(guò)程中問(wèn)題較多的環(huán)節(jié)，目前國(guó)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(jī)構(gòu)鉆孔，這些方法各有特點(diǎn)，但是都有一些共同的缺點(diǎn)。

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

    (2)由于采用了曲軸和機(jī)械凸輪等機(jī)構(gòu)，設(shè)備的運(yùn)動(dòng)磨損大，工作可靠性差，打出來(lái)孔的外觀性較差。

    為了避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，本系統(tǒng)采用了跟隨密封條生產(chǎn)線(xiàn)在線(xiàn)打孔的方法，即打孔機(jī)的時(shí)候?qū)崟r(shí)跟隨生產(chǎn)線(xiàn)的速度并實(shí)現(xiàn)可設(shè)定定長(zhǎng)打孔。本系統(tǒng)使用一個(gè)增量型選擇編碼器安裝于密封條生產(chǎn)線(xiàn)的末端，用來(lái)采集密封條的線(xiàn)速度和計(jì)算來(lái)料長(zhǎng)度；同時(shí)PLC將編碼器的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)部的凸輪曲線(xiàn)中，控制從軸即打孔軸完成在線(xiàn)打孔功能。系統(tǒng)控制圖如下。

    系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：

    觸摸屏：臺(tái)達(dá)DOPB07S410；

    PLC：臺(tái)達(dá)DVP20PM00D；

    牽引伺服：臺(tái)達(dá)ASDA0721-AB；

    打孔伺服：臺(tái)達(dá)ASDA21021-L；

    旋轉(zhuǎn)編碼器：5V 差動(dòng)信號(hào) 2500ppr；

    臺(tái)達(dá)20PM系列PLC內(nèi)置電子凸輪功能用來(lái)替代機(jī)械凸輪，相對(duì)于機(jī)械凸輪，其優(yōu)勢(shì)在于PLC的凸輪功能性能穩(wěn)定，可以隨時(shí)對(duì)凸輪曲線(xiàn)進(jìn)行在線(xiàn)修正，也可以多個(gè)凸輪曲線(xiàn)分別調(diào)用，大大降低了設(shè)備制造難度。

    臺(tái)達(dá)DVP-20PM00D是一款具有運(yùn)動(dòng)控制專(zhuān)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(dāng)定義好CAM Table后，從軸依據(jù)定義的曲線(xiàn)跟隨主軸運(yùn)動(dòng)。利用獨(dú)立CPU處理運(yùn)動(dòng)控制算法，可以很好地實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)軌跡控制、邏輯動(dòng)作控制，直線(xiàn)/圓弧插補(bǔ)控制等，本系統(tǒng)正是利用了20PM運(yùn)動(dòng)控制器的電子凸輪功能很好的解決了復(fù)雜高精度在線(xiàn)打孔的問(wèn)題。

    A2伺服為臺(tái)達(dá)公司推出的新型高精度網(wǎng)絡(luò)型交流伺服驅(qū)動(dòng)器，是實(shí)現(xiàn)高速高精度自動(dòng)化控制的首選伺服，特點(diǎn)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(xì)定位控制的機(jī)械設(shè)備的需求。此外，A2伺服也另外支持絕對(duì)型編碼器，滿(mǎn)足客戶(hù)機(jī)臺(tái)斷電時(shí)可記憶現(xiàn)在位置，在位置控制上提供更廣泛的使用場(chǎng)合。

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

    (3)強(qiáng)大的內(nèi)部位置模式：A2提升標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)增加到64點(diǎn)，數(shù)字輸入點(diǎn)數(shù)(DI)增加到14點(diǎn)，位置控制方式由簡(jiǎn)易的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)移動(dòng)模式，晉升到可以由參數(shù)設(shè)定在兩點(diǎn)間進(jìn)行速度變換，甚至不同位置點(diǎn)的跳躍設(shè)定。大大滿(mǎn)足了客戶(hù)對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)器的功能需求。

    在本系統(tǒng)中，20PM提供一個(gè)RS232通訊口與上位觸摸屏進(jìn)行通訊，操作人員可以快捷地對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行查詢(xún)和修正；同時(shí)20PM的另一個(gè)RS485通訊口連接牽引伺服和打孔伺服，20PM通過(guò)便利的Modbus指令將所需數(shù)據(jù)及時(shí)地發(fā)送至兩臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器。

    高速在線(xiàn)打孔是典型的電子凸輪的應(yīng)用，要求在同步區(qū)類(lèi)從動(dòng)軸的線(xiàn)速度一定要等于主軸軸的線(xiàn)速度，這樣才能夠保證打出來(lái)的孔不會(huì)出現(xiàn)變形、開(kāi)裂或不能打透等問(wèn)題。此處利用PM內(nèi)建的電子凸輪功能完成此工藝的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)主軸編碼器作為命令來(lái)源控制從軸A2伺服，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，從軸A2伺服開(kāi)始尋找固定原點(diǎn)做為初始位置，完畢后啟動(dòng)從動(dòng)軸的電子凸輪；通過(guò)觸摸屏對(duì)打孔的孔距等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

    系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：

    (1)20PM程序設(shè)置

    使用臺(tái)達(dá)PM編輯軟件PMSoft 2.08，在O100程序中對(duì)PM的輸入輸出參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如圖4所示。

圖4

    首先需要先創(chuàng)建兩個(gè)解析度300點(diǎn)的Cam曲線(xiàn)。

    然后通過(guò)20PM的內(nèi)置功能塊設(shè)定，設(shè)定主軸來(lái)源、從軸參數(shù)及打孔長(zhǎng)度等參數(shù)，此參數(shù)可以在觸摸屏上進(jìn)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(fù)雜程度。

    觸摸屏程序設(shè)計(jì)：

    本系統(tǒng)采用的為臺(tái)達(dá)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(gè)參數(shù)。

    打孔參數(shù)設(shè)定畫(huà)面圖下圖所示，HMI上可以查詢(xún)到當(dāng)前產(chǎn)量、累計(jì)產(chǎn)量，同時(shí)可以設(shè)定打孔距，同時(shí)對(duì)孔距及從軸補(bǔ)償設(shè)定，修正由于機(jī)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(xiàn)將計(jì)算機(jī)與伺服控制器相連，進(jìn)行通訊設(shè)定，選擇On-Line，本設(shè)備使用的A2系列伺服，偵測(cè)完畢后確定進(jìn)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(yùn)行監(jiān)控

    通過(guò)PC軟件監(jiān)控馬達(dá)的速度線(xiàn)，可以看出從動(dòng)軸與主動(dòng)軸的追隨特性非常的好，重復(fù)定位精度達(dá)到±0.5mm。

    3總結(jié)

    經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，本系統(tǒng)打孔的重復(fù)精度達(dá)到±0.5mm，設(shè)備維護(hù)方便，深受用戶(hù)的歡迎，已經(jīng)完全取代了現(xiàn)在客戶(hù)使用的手動(dòng)離線(xiàn)打孔設(shè)備。

    使用電子凸輪取代傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪設(shè)計(jì)的汽車(chē)密封條在線(xiàn)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(shí)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(hù)的好評(píng)。<