1引言

    汽車密封條是汽車的重要零部件之一，廣泛用于車門、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)車內(nèi)小環(huán)境，從而起著對車內(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)。汽車密封條生產(chǎn)線的最后一個環(huán)節(jié)便是定型、切割、打孔；

    傳統(tǒng)的方式由行程開關(guān)根據(jù)要求長度控制后，進(jìn)行自動切割，并延時推下，實行流水生產(chǎn)，切割機(jī)以定長開關(guān)信號為指令，完成切割全過程，待密封條切割完畢后再裝到打孔機(jī)上手動打孔，這種方式導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，自動化程度不高。

    本系統(tǒng)采用臺達(dá)20PM系列PLC控制，打孔機(jī)安裝在密封條生產(chǎn)線的末端，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)運行的速度及性能。本文著重闡述了檢測、跟隨打孔自動控制。

2控制系統(tǒng)設(shè)計

    汽車密封條的在線鉆孔一直是密封條生產(chǎn)過程中問題較多的環(huán)節(jié)，目前國內(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，但是都有一些共同的缺點。 

    (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)備的運動磨損大，工作可靠性差，打出來孔的外觀性較差。

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

    系統(tǒng)硬件設(shè)計：

    觸摸屏：臺達(dá)DOPB07S410；

    PLC：臺達(dá)DVP20PM00D；

    牽引伺服：臺達(dá)ASDA0721-AB；

    打孔伺服：臺達(dá)ASDA21021-L；

    旋轉(zhuǎn)編碼器：5V 差動信號 2500ppr；

    臺達(dá)20PM系列PLC內(nèi)置電子凸輪功能用來替代機(jī)械凸輪，相對于機(jī)械凸輪，其優(yōu)勢在于PLC的凸輪功能性能穩(wěn)定，可以隨時對凸輪曲線進(jìn)行在線修正，也可以多個凸輪曲線分別調(diào)用，大大降低了設(shè)備制造難度。

    臺達(dá)DVP-20PM00D是一款具有運動控制專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)定義的曲線跟隨主軸運動。利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現(xiàn)各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補(bǔ)控制等，本系統(tǒng)正是利用了20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了復(fù)雜高精度在線打孔的問題。

    A2伺服為臺達(dá)公司推出的新型高精度網(wǎng)絡(luò)型交流伺服驅(qū)動器，是實現(xiàn)高速高精度自動化控制的首選伺服，特點如下：

    (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型編碼器，滿足客戶機(jī)臺斷電時可記憶現(xiàn)在位置，在位置控制上提供更廣泛的使用場合。

    (2)網(wǎng)絡(luò)型控制架構(gòu)：針對目前全球工控界對于高速網(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點增加到64點，數(shù)字輸入點數(shù)(DI)增加到14點，位置控制方式由簡易的點對點移動模式，晉升到可以由參數(shù)設(shè)定在兩點間進(jìn)行速度變換，甚至不同位置點的跳躍設(shè)定。大大滿足了客戶對于伺服驅(qū)動器的功能需求。

    在本系統(tǒng)中，20PM提供一個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系統(tǒng)運行參數(shù)進(jìn)行查詢和修正；同時20PM的另一個RS485通訊口連接牽引伺服和打孔伺服，20PM通過便利的Modbus指令將所需數(shù)據(jù)及時地發(fā)送至兩臺伺服驅(qū)動器。

    高速在線打孔是典型的電子凸輪的應(yīng)用，要求在同步區(qū)類從動軸的線速度一定要等于主軸軸的線速度，這樣才能夠保證打出來的孔不會出現(xiàn)變形、開裂或不能打透等問題。此處利用PM內(nèi)建的電子凸輪功能完成此工藝的實現(xiàn)，通過主軸編碼器作為命令來源控制從軸A2伺服，在系統(tǒng)啟動時，從軸A2伺服開始尋找固定原點做為初始位置，完畢后啟動從動軸的電子凸輪；通過觸摸屏對打孔的孔距等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

    系統(tǒng)軟件設(shè)計：

    (1)20PM程序設(shè)置

    使用臺達(dá)PM編輯軟件PMSoft 2.08，在O100程序中對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)建兩個解析度300點的Cam曲線。

    然后通過20PM的內(nèi)置功能塊設(shè)定，設(shè)定主軸來源、從軸參數(shù)及打孔長度等參數(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：

    本系統(tǒng)采用的為臺達(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參數(shù)。

    打孔參數(shù)設(shè)定畫面圖下圖所示，HMI上可以查詢到當(dāng)前產(chǎn)量、累計產(chǎn)量，同時可以設(shè)定打孔距，同時對孔距及從軸補(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連接線將計算機(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)運行監(jiān)控

    通過PC軟件監(jiān)控馬達(dá)的速度線，可以看出從動軸與主動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)過多次試驗驗證，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，深受用戶的歡迎，已經(jīng)完全取代了現(xiàn)在客戶使用的手動離線打孔設(shè)備。

    使用電子凸輪取代傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪設(shè)計的汽車密封條在線旋轉(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，深受客戶的好評。