三菱Q系列PLC和運(yùn)動控制器在連軸壓模設(shè)備上的應(yīng)用

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的簡單一些，并且在很大程度上增加了自動控制系統(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)動控制器Q172CPUN和Q173CPUN就是專門針對需要高精度電氣控制的產(chǎn)品。下面對Q系列PLC以及Q系列運(yùn)動控制器系統(tǒng)和三菱驅(qū)動伺服（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(qū)動，由于壓模模具下壓進(jìn)行壓模加工動作時(shí)，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(wěn)定性。因此系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，被加工的物料動作并不是連續(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(zhǔn)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(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壓力進(jìn)行控制張力。其系統(tǒng)工藝控制圖如圖1:

工藝動作說明
如圖1，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)最初啟動時(shí)，變頻主軸首先得到啟動命令旋轉(zhuǎn)起來，并負(fù)責(zé)給模具一和模具二直接提供動力驅(qū)動。在變頻主軸的軸承上套軸連接了一個(gè)高速光電位置檢測開關(guān)，用于檢測變頻主軸的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也就說變頻主軸每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，高速光電位置檢測開關(guān)就給出一個(gè)高速脈沖信號給Q-PLC。Q-PLC將其傳送給運(yùn)動控制器。運(yùn)動控制器利用這一個(gè)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(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，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(gè)周期的到來。
系統(tǒng)控制部分啟動時(shí)時(shí)序圖
系統(tǒng)控制部分啟動時(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，放料軸檢測到物帶在檢測一位置時(shí)，則啟動速度控制，當(dāng)放料軸檢測到物帶在檢測二位置時(shí)，則停止速度控制。收料軸也采用速度控制，收料軸檢測到物帶在檢測二位置時(shí)，則啟動速度控制，當(dāng)放料軸檢測到物帶在檢測一位置時(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)動控制器作為系統(tǒng)的運(yùn)動控制處理器，協(xié)調(diào)和控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動定位控制。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。

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)動控制器的功能
Q系列的運(yùn)動控制器采用運(yùn)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(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。

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:
滾簡輸出模塊;滾珠絲桿輸出模塊; 回轉(zhuǎn)臺輸出模塊;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中V.1電機(jī)為虛擬電機(jī)。可以通過虛模式程式對其進(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。可以靈活地現(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)動作并不是很理想，個(gè)別電機(jī)有輕微的抖動。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。