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三菱Q系列PLC和運動控制器在連軸壓模設備上的成功應用

時間：2010-04-15 16:15:17來源：luonan

導語：?在制造業現代化高速發展的今天，生產的高效率和產品的高質量要求使得一些高精度電氣系統和高性能自動控制系統應運而生。

在制造業現代化高速發展的今天，生產的高效率和產品的高質量要求使得一些高精度電氣系統和高性能自動控制系統應運而生，同時也使許多普通電氣控制系統難以解決的問題變得相對的簡單一些，并且在很大程度上增加了自動控制系統的穩定性。三菱電機有限公司目前推出的Q系列PLC以及Q系列運動控制器Q172CPUN和Q173CPUN就是專門針對需要高精度電氣控制的產品。下面對Q系列PLC以及Q系列運動控制器系統和三菱驅動伺服（MR-J2S-口B）以及機械結構介紹如下:

連軸壓模設備工藝

工藝簡介
該設備是壓模生產廠家自行開發的三軸伺服高速高精度同步連軸壓模機組。但根據加工不同產品和相應的工藝以及控制精度的需要，該設備實際由5個伺服軸和1個變頻主軸組成。中間3個伺服軸為連軸同步軸。在中間三軸伺服同步連軸壓模機組前后分別有1個伺服放料軸和伺服收料控制軸，分別用于在自動控制過程中的放料動作和收料動作。壓模的模具由變頻主軸直接驅動，由于壓模模具下壓進行壓模加工動作時，被加工的物料必須靜止地保持在加工臺面上才能保證加工物料的高精度和高穩定性。因此系統的生產過程中，被加工的物料動作并不是連續的;而是斷續的。經過一高速高精度定位后就靜止停在被加工臺面上等待壓模動作。這樣一來加工的物料之間雖然有張力但很難被準確檢測出來，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開關，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壓力進行控制張力。其系統工藝控制圖如圖1:

圖1 系統工藝控制圖工藝動作說明

如圖1，當整個系統最初啟動時，變頻主軸首先得到啟動命令旋轉起來，并負責給模具一和模具二直接提供動力驅動。在變頻主軸的軸承上套軸連接了一個高速光電位置檢測開關，用于檢測變頻主軸的旋轉次數，也就說變頻主軸每旋轉一轉，高速光電位置檢測開關就給出一個高速脈沖信號給Q-PLC。Q-PLC將其傳送給運動控制器。運動控制器利用這一個高速光電脈沖信號作為同步一、二、三軸的位置同步控制啟動信號。進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定位完成信號，定位完成信號作為模具一和模具二的向下壓模動作啟動信號，壓模動作動作完成后，模具一和模具二自動返回。等待下一個周期的到來。

系統控制部分啟動時時序圖
系統控制部分啟動時時序圖見圖2所示

圖2 系統控制部分啟動時時序圖放料軸收料軸控制

放料軸和收料軸則采用速度控制，放料軸檢測到物帶在檢測一位置時，則啟動速度控制，當放料軸檢測到物帶在檢測二位置時，則停止速度控制。收料軸也采用速度控制，收料軸檢測到物帶在檢測二位置時，則啟動速度控制，當放料軸檢測到物帶在檢測一位置時，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。

系統硬件配置
該系統采用了三菱公司的Q系列PLC（Q02CPU）和MOTION運動控制器（Q172CPUN）作為整個系統的電氣控制部分。Q02CPU主要用于協調整個控制程序的運行和管理，Q172CPUN運動控制器作為系統的運動控制處理器，協調和控制整個系統的運動定位控制。A970GOT-TBA-CH人機界面主要用于控制數據的輸入和顯示。如圖3所示。

圖3 系統硬件配置圖

伺服放大器采用了三菱電機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時間最長為0.888ms。這樣一來可以確保整個系統的高速響應和控制精度。

Q系列的運動控制器的功能
Q系列的運動控制器采用運動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。十分適合初學者使用。并且其功能強大。主要分為實模式和虛模式二種形式。

圖4 SFC專用編程軟件系統配置圖
實模式

      實模式下提供了6種原點回歸方式:
      近點DOG型;計數型;數據設置型;DOG支架型;停止器停止型;限位開關混合型。
      另外在實模式下還有各軸JOG操作功能以及多種速度控制功能和多種定位控制功能，并且實現最多四軸插補控制。

      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;變速機輸入模塊;變速齒輪輸入模塊。

      輸出模塊有以下四種:
      滾簡輸出模塊;滾珠絲桿輸出模塊; 回轉臺輸出模塊;凸輪輸出模塊。
      在虛模式下可以設置虛模電機進行多軸同步控制。其控制圖如如圖5所示:

圖5 三軸同步虛模式機械控制圖

      圖5中V.1電機為虛擬電機。可以通過虛模式程式對其進行速度控制和定位控制，從而實現其虛軸上的3個電機的高速高精度同步控制。
      在Q系列運動控制器的SFC專用編程軟件編程過程中實模式和虛模式很容易地被用戶切換。可以靈活地現實多功能的復雜控制。

      調試和用戶反饋
      當客戶將電氣設備和機械設備安裝完畢后，經檢查無接線錯誤后第一次上電，伺服電機動作并不是很理想，個別電機有輕微的抖動。可以用SETUP161E調試軟件進行細致的調試。增加其濾波功能，提高伺服電機的響應頻率。確保整個系統高速、穩定地運行。

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