在制造業(yè)現(xiàn)代化高速發(fā)展的今天，生產(chǎn)的高效率和產(chǎn)品的高質(zhì)量要求使得一些高精度電氣系統(tǒng)和高性能自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)也使許多普通電氣控制系統(tǒng)難以解決的問題變得相對(duì)的簡(jiǎn)單一些，并且在很大程度上增加了自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三菱電機(jī)有限公司目前推出的Q系列PLC以及Q系列運(yùn)動(dòng)控制器Q172CPUN和Q173CPUN就是專門針對(duì)需要高精度電氣控制的產(chǎn)品。下面對(duì)Q系列PLC以及Q系列運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)和三菱驅(qū)動(dòng)伺服（MR-J2S-口B）以及機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹如下:
連軸壓模設(shè)備工藝
工藝簡(jiǎn)介
該設(shè)備是壓模生產(chǎn)廠家自行開發(fā)的三軸伺服高速高精度同步連軸壓模機(jī)組。但根據(jù)加工不同產(chǎn)品和相應(yīng)的工藝以及控制精度的需要，該設(shè)備實(shí)際由5個(gè)伺服軸和1個(gè)變頻主軸組成。中間3個(gè)伺服軸為連軸同步軸。在中間三軸伺服同步連軸壓模機(jī)組前后分別有1個(gè)伺服放料軸和伺服收料控制軸，分別用于在自動(dòng)控制過程中的放料動(dòng)作和收料動(dòng)作。壓模的模具由變頻主軸直接驅(qū)動(dòng)，由于壓模模具下壓進(jìn)行壓模加工動(dòng)作時(shí)，被加工的物料必須靜止地保持在加工臺(tái)面上才能保證加工物料的高精度和高穩(wěn)定性。因此系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，被加工的物料動(dòng)作并不是連續(xù)的;而是斷續(xù)的。經(jīng)過一高速高精度定位后就靜止停在被加工臺(tái)面等待壓模動(dòng)作。這樣一來加工的物料之間雖然有張力但很難被準(zhǔn)確檢測(cè)出來，這就增加了控制的難度。于是在三軸伺服同步連軸壓模機(jī)組前后的伺服放料軸和伺服收料控制軸分別加了位置檢測(cè)開關(guān)，用來模糊控制放料和收料之間的張力，而沒有采用壓力傳感器來檢測(cè)壓力進(jìn)行控制張力。其系統(tǒng)工藝控制圖如圖1:
圖1 系統(tǒng)工藝控制圖
工藝動(dòng)作說明
如圖1，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)最初啟動(dòng)時(shí)，變頻主軸首先得到啟動(dòng)命令旋轉(zhuǎn)起來，并負(fù)責(zé)給模具一和模具二直接提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。在變頻主軸的軸承上套軸連接了一個(gè)高速光電位置檢測(cè)開關(guān)，用于檢測(cè)變頻主軸的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也就說變頻主軸每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，高速光電位置檢測(cè)開關(guān)就給出一個(gè)高速脈沖信號(hào)給Q-PLC。Q-PLC將其傳送給運(yùn)動(dòng)控制器。運(yùn)動(dòng)控制器利用這一個(gè)高速光電脈沖信號(hào)作為同步一、二、三軸的位置同步控制啟動(dòng)信號(hào)。進(jìn)行高速同步定位控制，高速同步定位控完成后。由Q-PLC程序控制過程中輸出一個(gè)定位完成信號(hào)，定位完成信號(hào)作為模具一和模具二的向下壓模動(dòng)作啟動(dòng)信號(hào)，壓模動(dòng)作動(dòng)作完成后，模具一和模具二自動(dòng)返回。等待下一個(gè)周期的到來。
系統(tǒng)控制部分啟動(dòng)時(shí)時(shí)序圖
系統(tǒng)控制部分啟動(dòng)時(shí)時(shí)序圖見圖2所示
放料軸收料軸控制
放料軸和收料軸則采用速度控制，放料軸檢測(cè)到物帶在檢測(cè)一位置時(shí)，則啟動(dòng)速度控制，當(dāng)放料軸檢測(cè)到物帶在檢測(cè)二位置時(shí)，則停止速度控制。收料軸也采用速度控制，收料軸檢測(cè)到物帶在檢測(cè)二位置時(shí)，則啟動(dòng)速度控制，當(dāng)放料軸檢測(cè)到物帶在檢測(cè)一位置時(shí)，則停止速度控制。利用這樣方式可以不考慮放料和收料軸的半徑的改變。
系統(tǒng)硬件配置
該系統(tǒng)采用了三菱公司的Q系列PLC（Q02CPU）和MOTION運(yùn)動(dòng)控制器（Q172CPUN）作為整個(gè)系統(tǒng)的電氣控制部分。Q02CPU主要用于協(xié)調(diào)整個(gè)控制程序的運(yùn)行和管理，Q172CPUN運(yùn)動(dòng)控制器作為系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制處理器，協(xié)調(diào)和控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)定位控制。A970GOT-TBA-CH人機(jī)界面主要用于控制數(shù)據(jù)的輸入和顯示。如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)硬件配置圖
伺服放大器采用了三菱電機(jī)MR-J2S-40B，該伺服放大器具有SSCNET高速串行總線通訊完全同步功能，控制器和伺服放大器之間的通訊循環(huán)時(shí)間最長(zhǎng)為0.888ms。這樣一來可以確保整個(gè)系統(tǒng)的高速響應(yīng)和控制精度。
Q系列的運(yùn)動(dòng)控制器的功能
Q系列的運(yùn)動(dòng)控制器采用運(yùn)動(dòng)SFC專用編程軟件編程，如圖4所示。該軟件采用流程圖形式編程。編程介面形象、直觀、易懂。十分適合初學(xué)者使用。并且其功能強(qiáng)大。主要分為實(shí)模式和虛模式二種形式。
圖4 SFC專用編程軟件系統(tǒng)配置圖
實(shí)模式
實(shí)模式下提供了6種原點(diǎn)回歸方式:
近點(diǎn)DOG型;計(jì)數(shù)型;數(shù)據(jù)設(shè)置型;DOG支架型;停止器停止型;限位開關(guān)混合型。
另外在實(shí)模式下還有各軸JOG操作功能以及多種速度控制功能和多種定位控制功能，并且實(shí)現(xiàn)最多四軸插補(bǔ)控制。
虛模式
虛模式下提供了多種傳遞模塊和輸出模塊。其中傳遞模塊有以下四種:
齒輪輸入模塊;離合器輸入模塊;變速機(jī)輸入模塊;變速齒輪輸入模塊。
輸出模塊有以下四種:
滾簡(jiǎn)輸出模塊;滾珠絲桿輸出模塊; 回轉(zhuǎn)臺(tái)輸出模塊;凸輪輸出模塊。
在虛模式下可以設(shè)置虛模電機(jī)進(jìn)行多軸同步控制。其控制圖如如圖5所示:
圖5 三軸同步虛模式機(jī)械控制圖
圖5中V.1電機(jī)為虛擬電機(jī)�？梢酝ㄟ^虛模式程式對(duì)其進(jìn)行速度控制和定位控制，從而實(shí)現(xiàn)其虛軸上的3個(gè)電機(jī)的高速高精度同步控制。
在Q系列運(yùn)動(dòng)控制器的SFC專用編程軟件編程過程中實(shí)模式和虛模式很容易地被用戶切換�？梢造`活地現(xiàn)實(shí)多功能的復(fù)雜控制。
調(diào)試和用戶反饋
當(dāng)客戶將電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備安裝完畢后，經(jīng)檢查無接線錯(cuò)誤后第一次上電，伺服電機(jī)動(dòng)作并不是很理想，個(gè)別電機(jī)有輕微的抖動(dòng)。可以用SETUP161E調(diào)試軟件進(jìn)行細(xì)致的調(diào)試。增加其濾波功能，提高伺服電機(jī)的響應(yīng)頻率。確保整個(gè)系統(tǒng)高速、穩(wěn)定地運(yùn)行。