【摘  要】：本文介紹了利用台達DOP-A57BSTD觸摸屏（HMI）
、DVP-28SV11T可編程控製器（PLC）與ASD-B係列交流伺服、VFD-M係列變頻器，實現對自動衝床的精確控製，使衝床操作更加方便、定位更加準確的同時
，大大提高了生產效率和產品質量，為企業贏得更大的經濟效益和社會效益。

　　【關鍵詞】：自動衝床  PLC HMI 伺服電機 變頻器 重複定位精度

　　1 .引言

    海(hai)寧(ning)某(mou)太(tai)陽(yang)能(neng)機(ji)械(xie)配(pei)件(jian)生(sheng)產(chan)企(qi)業(ye)
，原(yuan)來(lai)主(zhu)要(yao)生(sheng)產(chan)太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)水(shui)器(qi)的(de)配(pei)件(jian)為(wei)主(zhu)，由(you)於(yu)國(guo)內(nei)近(jin)年(nian)來(lai)太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)水(shui)器(qi)產(chan)業(ye)的(de)迅(xun)猛(meng)發(fa)展(zhan)，帶(dai)動(dong)了(le)其(qi)配(pei)件(jian)行(xing)業(ye)的(de)壯(zhuang)大(da)，但(dan)是(shi)其(qi)裝(zhuang)備(bei)業(ye)還(hai)停(ting)留(liu)在(zai)原(yuan)有(you)基(ji)礎(chu)上(shang)，以(yi)通(tong)用(yong)衝(chong)床(chuang)設(she)備(bei)加(jia)簡(jian)易(yi)工(gong)裝(zhuang)來(lai)實(shi)現(xian)，無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)大(da)批(pi)量(liang)、高gao質zhi量liang產chan品pin的de需xu求qiu
，迫po切qie需xu要yao專zhuan用yong的de自zi動dong衝chong床chuang來lai滿man足zu日ri益yi擴kuo大da的de生sheng產chan需xu要yao。應ying客ke戶hu請qing求qiu，配pei套tao開kai發fa應ying用yong於yu太tai陽yang能neng熱re水shui器qi行xing業ye專zhuan用yong的de自zi動dong衝chong床chuang控kong製zhi係xi統tong。　

　　（圖1） 自動衝床

　　2 .自動衝床簡介

　　本係統采用台達新一代高性能PLC---DVP28SV11T，作為該控製係統的控製器，該PLC是台達針對市場多軸傳動控製開發的PLC產品，可以輕鬆實現4軸200K高速脈衝輸出
，支持兩軸圓弧和直線插補。

　　考慮到行業產品多規格、多品種的要求，該係統采用台達DOPAE57BSTD觸摸屏作為人機數據交換的平台，大大方便了用戶進行參數修改、監控係統狀態

、故障查詢和運行操作。

　　進(jin)給(gei)送(song)料(liao)的(de)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)和(he)重(zhong)複(fu)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)是(shi)衝(chong)床(chuang)係(xi)統(tong)的(de)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)，也(ye)是(shi)生(sheng)產(chan)高(gao)質(zhi)量(liang)產(chan)品(pin)和(he)高(gao)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)的(de)保(bao)證(zheng)。送(song)料(liao)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)台(tai)達(da)新(xin)一(yi)代(dai)伺(si)服(fu)產(chan)品(pin)ASD-B係列，滿足控製精準和高響應性的要求。

　　衝床的衝壓部采用台達VFD-M迷你型矢量變頻器控製
，滿足用戶衝壓速度無級可調的要求，可以根據生產要求調節衝壓速度。

　　2.1基本架構

　　自動衝床係統包括衝壓部、物料夾鉗、X軸送料機構、Y軸送料機構、變頻調速控製、伺服傳動機構和操作台等組成。

　　2.2 動作流程

　　手動方式：衝床的動作以步進的方式工作
，每完成一個動作
，按一下“啟動”按鈕，執行下一步動作

，直至衝壓整個動作完成，並停在原點位置，等待下次任務。

　　在手動模式下
，不考慮衝頭和X軸送料的配合，屏蔽安裝在衝壓部大飛輪上的進料檢測用接近開關。該模式主要用於調試和新產品試產。

　　自動方式：

　　自動模式就是通過程序進行控製送料和衝壓的整個過程，Xzhoujingeidekongzhitongguoanzhuangzaichongyabufeilunshangdelianggejiejinkaiguan


，laijiancechongyabuyunxingdeweizhi
，qizhongyigejiejinkaiguanzuoweichongyawancheng
，kaishisongliaoxinhao，lingyigejiejinkaiguanzuoweitingzhisongliaoxinhao，ruguoX軸在此信號到來前還沒有完成送料，係統報警並停機，確保不產生次品，保證產品質量。

　　自動模式流程見上圖，在執行自動流程時，衝壓部是一直在工作的，X軸的送料是在衝壓部衝壓完成離開工件到下一次到達工件之間完成的

，送料啟動信號是安裝在衝壓部飛輪上接近開關信號。

　　3.係統設計及選型

　　3.1衝壓部傳動係統

　　衝壓部采用台達VFD-M變頻器拖動三相異步電機
，功率為5.5KW，額定轉速1440轉/min。PLC通過MODBUS  RS485通訊方式控製變頻器的啟動/停止和調速，參數設置和操作在HMI上實現。

　　衝壓部速度設定值
，決定X軸送料的最小速度。因為X軸每次送料時間必須小於衝壓部上下往返一次的時間，否則就會拉壞工件或者衝錯位置，造成次品。

　　X軸送料時間（t）和衝壓部變頻器設定頻率(f)關係如下：

　　t = f / 50 *（60/1440）     （單位：秒）

　　假設變頻器設定頻率為50HZ

，則X軸每次送料的最大時間為0.0417秒。　 

　　3.2送料傳動係統

　　送料傳動部分采用台達ASD-B係列交流伺服係統
，通過1：1傳動比的帶動滾珠絲杆，驅動送料工作台前進和後退。

　　X軸采用台達小慣量1KW伺服電機
，型號：驅動器ASD-B1021-A，電機ECMA-C31010ES。

　　Y軸采用台達小慣量0.4KW伺服電機，型號：驅動器ASD-B0421-A，電機ECMA-C30804E7。

　　X軸絲杆導程：20mm
； 

　　Y軸絲杆導程：10mm；

　　設計要求：送料精度要求：>0.01mm；

　　X軸送料速度：>20米/min；

　　Y軸送料速度：>10米/min
；

　　控製精度計算如下：

　　 通過以下計算得出單個脈衝對應的送料長度，即為控製精度。

　　X軸最小送料距離=20mm/10000*1=0.002mm

　　Y軸最小送料距離=10mm/10000*1=0.001mm

　　以上計算，X軸和Y軸的最小送料距離均小於0.01mm，滿足設計要求。

　　速度要求計算如下：  

　　X軸最大速度=200K/10000*20*1*60=24000mm/min=24m/min>15m/min,滿足速度設計要求。

　　Y軸最大速度=200K/10000*10*1*60=12000mm/min=12m/min>10m/min,滿足速度設計要求。

　　以上是不采取電子齒輪比的情況下計算所得，如果采用電子齒輪比，伺服馬達工作在最大轉速（3000rpm/min）情況下，最大速度：X軸可以達到60米/min，Y軸可以達到30米/min，但是
，如果采用電子齒輪比
，會降低送料的控製精度。

　　4.PLC與HMI選型

　　4.1輸入信號統計：

　　X軸送料手動操作按鈕：手動向左和手動向右（2點）

　　Y軸送料手動操作按鈕：手動向前和手動向後（2點）

　　X軸和Y軸原點信號：2點（接近開關）

　　自動操作按鈕：自動啟動和自動停止（2點）

　　衝頭位置信號：上位和下位（2點）---接近開關信號（NPN）

　　手動夾鉗按鈕：1點

　　緊急停止按鈕：1點

　　手動/自動切換：1點（切換開關）

　　以上總計輸入點數：13點。

　　考慮到DVP28SV機種輸入點數有限（16點輸入），把X軸左右極限開關（2點）和Y軸前後極限信號（2點）直接接到伺服驅動器上，減少硬件的擴充，降低成本，同時，也提高了係統的安全可靠性。

　　4.2輸出信號統計：

　　脈衝輸出（Pulse+Sign）：4點（Y0

，Y1）（Y2
，Y3）

　　夾鉗電磁閥：1點

　　衝頭電磁鐵接觸器：1點

　　衝頭控製接觸器：1點

　　共7點

　　基於以上考慮
，PLC選擇DVP-28SV11T。具體功能參數為：200Kpps脈衝輸出，16點輸入/12點輸出。台達PLC和變頻器標準配置的RS485通訊口，滿足變頻器通訊控製的要求，也減少控製點數。　　

　　5.HMI畫麵與PLC程序設計

　　6.1部分畫麵示例：　  

　　6.2 PLC程序

　　主(zhu)程(cheng)序(xu)采(cai)用(yong)步(bu)進(jin)指(zhi)令(ling)實(shi)現(xian)，減(jian)少(shao)誤(wu)動(dong)作(zuo)的(de)發(fa)生(sheng)
，簡(jian)單(dan)明(ming)了(le)，邏(luo)輯(ji)清(qing)晰(xi)。在(zai)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)保(bao)證(zheng)上(shang)，整(zheng)個(ge)程(cheng)序(xu)的(de)運(yun)算(suan)全(quan)部(bu)采(cai)用(yong)浮(fu)點(dian)數(shu)運(yun)算(suan)，減(jian)少(shao)計(ji)算(suan)誤(wu)差(cha)，如(ru)：孔間距、Y軸進給距離
、手動速度
、自動送料的速度等的設定，在換算成脈衝數或者脈衝頻率的過程中
，全部采用浮點運算。經過實際驗證


，計算誤差小於0.001mm。

　　其次

，考慮到絲杠在正反運行中的背隙問題，本程序提供背隙的補償參數，根據實際情況進行調整。

　　    考慮到操作的便利性，根據現場操作習慣，在手動模式下，在任何階段都可以切換到自動運行，大大方便操作。

　　7.結束語

　　本ben控kong製zhi係xi統tong雖sui說shuo達da到dao預yu期qi的de設she計ji要yao求qiu
，但dan是shi自zi動dong化hua程cheng度du不bu是shi最zui高gao，用yong戶hu考kao慮lv到dao成cheng本ben問wen題ti，上shang料liao和he下xia料liao全quan部bu采cai用yong人ren工gong手shou動dong的de方fang式shi。如ru果guo在zai上shang料liao和he下xia料liao工gong位wei
，分fen別bie采cai用yong氣qi動dong吸xi盤pan取qu料liao
，伺si服fu控kong製zhi來lai控kong製zhi物wu料liao的de左zuo右you和he上shang下xia移yi位wei
，將jiang大da大da提ti高gao設she備bei的de自zi動dong化hua程cheng度du

，完wan全quan可ke以yi做zuo到dao無wu人ren操cao作zuo。

　　本(ben)係(xi)統(tong)主(zhu)要(yao)控(kong)製(zhi)元(yuan)件(jian)全(quan)部(bu)采(cai)用(yong)台(tai)達(da)機(ji)電(dian)產(chan)品(pin)，一(yi)體(ti)化(hua)的(de)整(zheng)合(he)方(fang)案(an)，既(ji)降(jiang)低(di)了(le)設(she)備(bei)的(de)製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)


，也(ye)大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)性(xing)，充(chong)分(fen)體(ti)現(xian)了(le)台(tai)達(da)機(ji)電(dian)產(chan)品(pin)高(gao)性(xing)能(neng)和(he)高(gao)性(xing)價(jia)比(bi)的(de)特(te)點(dian)，為(wei)客(ke)戶(hu)贏(ying)得(de)可(ke)觀(guan)的(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)。