分析討論以交流位置伺服控制原理實現(xiàn)的交流伺服自動送料裝置，可用于貨架立柱冷彎成型生產(chǎn)線的在線預(yù)沖孔加工工序。也可應(yīng)用于沖壓自動化生產(chǎn)和壓力機改造過程中的自動送料裝置的設(shè)計，該裝置系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、速度精度高、調(diào)速范圍寬、加減速性能好、魯棒性強、控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。 1 引言 1.1 由于貨架鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計與安裝上的要求，需要在冷彎型鋼的立面、側(cè)面沖壓出一系列的具有一定分布規(guī)律和精度要求的孔，在貨架立柱的截面形狀比較復(fù)雜的情況下很難保證能在冷彎型鋼上進(jìn)行后續(xù)加工完成。在貨架立柱冷彎成型生產(chǎn)線中導(dǎo)入在線預(yù)沖孔加工工序，擴大了貨架立柱的截面形狀的設(shè)計范圍，極大地優(yōu)化了貨架鋼結(jié)構(gòu)組成機理，特別是當(dāng)立體倉庫（AS/RS）系統(tǒng)在我國的興起和廣泛發(fā)展與應(yīng)用，對貨架立柱的孔位精度提出了更高的要求，如：孔位誤差不超過±0.3，孔位累計誤差也不超過±0.5等，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝和方法已很難實現(xiàn)，我們知道傳統(tǒng)工藝是將材料先開卷成條料，再由人工手動送料，靠簡易定位塊及經(jīng)驗定位后沖壓實現(xiàn)或?qū)⑾鄳?yīng)的冷彎型鋼依據(jù)一定的沖壓原理進(jìn)行定位沖壓完成，準(zhǔn)確度低，勞動強度大，生產(chǎn)效率低。 1.2 在沖壓自動化生產(chǎn)和壓力機改造過程中，既要實現(xiàn)壓力機主機的連續(xù)運行，又要實現(xiàn)間歇性的送料和取件工作，必然要設(shè)計專門的自動送料裝置和自動取排件裝置，由于毛坯形狀、大小、工藝過程以及主機設(shè)備性能上的差異，其自動送料裝置 圖1 電氣控制系統(tǒng)組成原理圖 也大不一樣，近年來，由于交流位置伺服系統(tǒng)實現(xiàn)的交流伺服自動送料裝置具有系統(tǒng)響應(yīng)速度快、速度精度高、調(diào)速范圍寬、加減速性能好、魯棒性強、控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。在貨架立柱等位置控制精度要求比較高的場合，可采用CNC系統(tǒng)或?qū)Ｓ玫乃欧?qū)動單元，該方案造價高，基本控制電路和控制原理復(fù)雜，不可預(yù)見性影響因素多，但在貨架橫梁、拉桿等位置控制精度有一定的要求，如：長度控制精度為±1時，采用PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)貨架冷彎機組中液壓停剪技術(shù)是一種性價比很好的選擇方案。 1.3 本文就根據(jù)本企業(yè)內(nèi)的進(jìn)口貨架冷彎生產(chǎn)線利用交流位置伺服系統(tǒng)PID控制方法實現(xiàn)的交流伺服自動送料裝置及其工作原理分析改造了貨架立柱在線沖床自動送料裝置，既克服人工送料的缺點，又實現(xiàn)了貨架立柱冷彎成型生產(chǎn)線的在線預(yù)沖孔加工工序的自動送料及加工生產(chǎn)。 2 交流伺服自動送料裝置工作原理 在線預(yù)沖孔伺服送料定位控制系統(tǒng)由五部分組成，即計算機（PC）、伺服驅(qū)動控制卡、交流伺服調(diào)速系統(tǒng)（交流伺服控制器、伺服電機及相應(yīng)的控制電纜）、傳感檢測及反饋、輔助動作執(zhí)行系統(tǒng)。如圖1所示，。 3 自動送料裝置分析及設(shè)計原理 3.1 主要工作動力來源于交流伺服電機，如圖2，當(dāng)準(zhǔn)確測算出系統(tǒng)的具體電機功率和控制節(jié)拍要求后，可以選擇配套的交流伺服控制器和交流伺服電機，本裝置原設(shè)計安裝的為美國寶德（BALDOR）3.7KW的系統(tǒng)，后由于新產(chǎn)品開發(fā)，增加了工作傳動負(fù)荷，并根據(jù)圖2所示的工作原理，即動力控制部分與交流伺服控制之間的位置控制主要通過±10V的模擬信號來實現(xiàn)，不存在對交流伺服系統(tǒng)的功率限制，故可以將其更換為日本三菱公司的伺服放大器型號MR-J2S-系列的5KW的配套的交流伺服控制器和交流伺服電機，并在后期的近四年的應(yīng)用過程中能很好地實現(xiàn)位置精度控制要求。 3.2 自動送料裝置主要由圖3所示的結(jié)構(gòu)組成，⑴光電傳感器1#主要反饋進(jìn)入壓力機工作區(qū)域的鋼帶存在狀況，如：余料、缺料等；⑵伺服電機經(jīng)齒輪箱向下導(dǎo)料輥傳遞輸送動力，齒輪箱的傳動比i（如i=11的設(shè)計選型）和電機的轉(zhuǎn)速決定該系統(tǒng)送料定位速度；⑶旋轉(zhuǎn)編碼器測出上導(dǎo)料輥（被動送料及被動測量點）通過與板料間的運動傳遞的位置信號⑷機械抱閘實現(xiàn)定位后的位置固定；⑸光電傳感器2#實現(xiàn)壓力機的工作控制要求的位置信號的傳遞；⑹上下模實現(xiàn)在線孔位的沖壓；要求壓力機沖壓噸位配套、機床或模具精度的配套等。 3.3 貨架立柱冷彎成型生產(chǎn)線的在線預(yù)沖孔加工工序自動送料裝置由上下一對φ90的導(dǎo)料輥組成驅(qū)動動力，依靠料板與上下導(dǎo)料輥之間的摩擦力送料，下導(dǎo)料輥由伺服驅(qū)動電動機驅(qū)動。沖壓貨架立柱的帶鋼分布孔在壓力機上完成，為保證壓力機沖壓運動和自動送料運動的協(xié)調(diào)，在壓力機下工作臺平面安裝接近開關(guān)，模具上特別設(shè)計和安裝適當(dāng)長度的位置塊。當(dāng)模具進(jìn)行封閉運動時，位置塊靠近接近開關(guān)時，接近開關(guān)輸出信號（閉合），此時不能送料，由電磁或氣動離合器（根據(jù)壓力機的具體型號和控制方式?jīng)Q定）控制模具向下運動沖孔;反之，當(dāng)模具返回，位置塊離開接近開關(guān)時，接近開關(guān)輸出信號（斷開），使下導(dǎo)料輥可以開始下一個送料動作循環(huán)周期，或利用壓力機的凸輪控制器來反映模具或上工作臺的具體極限位來設(shè)定具體的動作節(jié)奏。具體的每模送料步距量值的大小由PC設(shè)置相應(yīng)的記數(shù)脈沖數(shù)或長度轉(zhuǎn)化值比較決定，并由與上導(dǎo)料輥相聯(lián)的角編碼器被動測量反饋相協(xié)調(diào)（由程序設(shè)定），從而實現(xiàn)沖壓板料的可調(diào)整、高精度、無積累誤差的步距送料沖壓，累積誤差由程序中設(shè)置的誤差補償算法或人工在線修正等手段處理，確保貨架立柱的高品質(zhì)孔位距離。 圖2 驅(qū)動動力控制組成 圖3 自動送料裝置圖 3.4 設(shè)備系統(tǒng)中的自動送料裝置克服了貨架立柱預(yù)開平鋼帶人工送料的缺點，具有操作簡單、工作可靠、控制精度高等特點，可大大提高勞動生產(chǎn)率，配合高速高精度壓力機可實現(xiàn)70次/分的工作頻率，工作壓力達(dá)到2500KN以上，其可組成獨立的運行系統(tǒng)。 4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1 輸入信號：①沖頭位置檢測元件：用接近開關(guān)檢測或壓力機的凸輪控制器控制；②有無料板的檢測元件：用光電開關(guān)檢測或用行程開關(guān)控制；③料板張緊檢測元件：用接觸開關(guān)檢測；④料板堆積檢測元件：用光電開關(guān)檢測或用行程開關(guān)控制；⑤操作按鈕:操作面板上的開始、停止、急停等開關(guān)信號。 4.2 輸出信號：①控制壓力機工作循環(huán)；②控制伺服電動機：上下導(dǎo)料輥伺服電動機的正、反轉(zhuǎn)及定位；③控制抱閘動作：根據(jù)位置控制要求，實現(xiàn)抱閘動作的開合，決定上下導(dǎo)料輥的運動；④指示燈：開始、電源指示燈等（部分可共用壓力機上的指示燈）；其他如故障報警信號等。 4.3 交流位置伺服控制器作為下位機用來控制交流伺服電機的啟、停，速度的調(diào)整，主要接受來自主控微機經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變成的模擬控制電壓，并輸出給伺服放大器，最終調(diào)節(jié)交流伺服電機的正、反運動及調(diào)整。 5 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的幾個主要問題 5.1 輸入信號的控制精度：要盡量選擇測量輥的圓周長與增量式光電碼盤的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)的比值小的產(chǎn)品，其決定了反饋控制信號的測量控制精度；位置接近開關(guān)的感應(yīng)距離要小而靈敏，采用1200線/轉(zhuǎn)的光電編碼器作反饋元件，與被動測量輥同軸安裝，就可以準(zhǔn)確測出電機的有效轉(zhuǎn)速。因為光電編碼器是由激光照射光珊發(fā)出脈沖的，而光珊安裝在光電編碼器的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一周（3600）編碼器就產(chǎn)生1200個脈沖，該脈沖只與轉(zhuǎn)軸速度有關(guān)，而與實際伺服電機的運轉(zhuǎn)速度、電機溫度等無關(guān)。因此，只要準(zhǔn)確測出光電編碼器的脈沖個數(shù)，就可確切知道電機的有效轉(zhuǎn)速、實際送料長度等，同時根據(jù)設(shè)定值計算出電機每秒鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動的理論值并與測量值進(jìn)行比較，將誤差值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出到D/A芯片的輸入端，從而改變其電壓輸出，由伺服系統(tǒng)控制電機的轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到恒速、定位準(zhǔn)停控制的目的。 5.2 實際工作中由于伺服系統(tǒng)工作電流較大，對于微機干擾較大，故在硬件電路設(shè)計時應(yīng)考慮到系統(tǒng)的隔離和干擾問題。由于選用的是串行D/A。信號的傳輸只用三根線，故采取隔離措施相對容易些。而光電編碼器工作也容易受到干擾，因此除了正常的接地外，還要將光電編碼器輸出線中的地線可靠接地。 5.3 輸出信號的控制精度：如壓力機、機械或氣動抱閘的響應(yīng)周期的設(shè)計或選擇要盡可能小，模擬控制信號要與具體的伺服系統(tǒng)相配套設(shè)計和調(diào)試等。 5.4 系統(tǒng)的機械精度控制在一定誤差范圍內(nèi)，電氣控制精度（編碼器脈沖）就可得到提高，魯棒性強，可以在很多場合達(dá)到較高精度位置控制的要求。 6 控制系統(tǒng)軟件 6.1 程序的主要功能是：人機對話調(diào)整產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)和PID參數(shù)整定；實現(xiàn)PC及各模塊間的數(shù)據(jù)傳遞和處理，位置環(huán)PID控制算法及控制伺服電動機運動，實現(xiàn)各相關(guān)設(shè)備動作等。 6.2 程序主要運行在DOS操作系統(tǒng)下，產(chǎn)品工藝參數(shù)、PID參數(shù)整定等為開放式設(shè)計，便于對實際生產(chǎn)過程進(jìn)行整定調(diào)整，其它諸如：沖壓步距的設(shè)定及調(diào)整、一定長度值下每個輸出脈沖數(shù)的對應(yīng)調(diào)整、壓力機控制精度、伺服送料精度和伺服送料長度值的設(shè)定與調(diào)整等均為開放式設(shè)計， 6.3 主程序設(shè)計中考慮了部分設(shè)備的故障預(yù)警程序段，極大地提高了設(shè)備的可操作性和對產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的控制，也在一定程度上降低了設(shè)備的故障檢查時間。 7 結(jié)論 實際應(yīng)用表明：選擇合理的PID參數(shù)能夠滿足控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快、速度精度高、魯棒性強的要求，實際應(yīng)用控制精度最高在±0.1mm左右且可避免累積誤差。該控制系統(tǒng)可應(yīng)用于高精度開口系列冷彎型鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)中，特別是類似貨架立柱的產(chǎn)品，即對冷彎型鋼立、側(cè)面具有孔位高精度要求的在線預(yù)沖孔的冷彎成型生產(chǎn)線上。既滿足了貨架產(chǎn)品位置精度、立面?zhèn)让鏇_孔控制精度等方面的要求，又提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了批量生產(chǎn)成本。具有一定的推廣意義。