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，保持和維護車內小環境，從而起著對車內乘員、機電裝置和附屬物品的重要保護作用。隨著汽車工業的發展，密封條的美觀、環保、舒適功能的重要性日益凸現。汽車密封條生產線的最后一個環節便是定型、切割、打孔；

    傳統的方式由行程開關根據要求長度控制后，進行自動切割，并延時推下，實行流水生產，切割機以定長開關信號為指令，完成切割全過程，待密封條切割完畢后再裝到打孔機上手動打孔，這種方式導致生產效率低下，自動化程度不高。

    本系統采用臺達20PM系列PLC控制，打孔機安裝在密封條生產線的末端，打孔、切割順序完成，20PM的內置凸輪功能保證了打孔過程中與風鉆與密封條保持同步，A2伺服的快速響應性提高了系統運行的速度及性能。本文著重闡述了檢測、跟隨打孔自動控制。

    2控制系統設計

    汽車密封條的在線鉆孔一直是密封條生產過程中問題較多的環節，目前國內外應用較多的方法有停頓后鉆孔，偏心擺輪鉆孔或曲軸凸輪機構鉆孔，這些方法各有特點，但是都有一些共同的缺點。

    (1)鉆孔間距的設定需要采用手工調節或者更換機械部件，非常不方便。

    (2)由于采用了曲軸和機械凸輪等機構，設備的運動磨損大，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，本系統采用了跟隨密封條生產線在線打孔的方法，即打孔機的時候實時跟隨生產線的速度并實現可設定定長打孔。本系統使用一個增量型選擇編碼器安裝于密封條生產線的末端，用來采集密封條的線速度和計算來料長度；同時PLC將編碼器的數據調入內部的凸輪曲線中，控制從軸即打孔軸完成在線打孔功能。系統控制圖如下。

    系統硬件設計：

    觸摸屏：臺達DOPB07S410；

    PLC：臺達DVP20PM00D；

    牽引伺服：臺達ASDA0721-AB；

    打孔伺服：臺達ASDA21021-L；

    旋轉編碼器：5V 差動信號 2500ppr；

    臺達20PM系列PLC內置電子凸輪功能用來替代機械凸輪，相對于機械凸輪，其優勢在于PLC的凸輪功能性能穩定，可以隨時對凸輪曲線進行在線修正，也可以多個凸輪曲線分別調用，大大降低了設備制造難度。

    臺達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，當定義好CAM Table后，從軸依據定義的曲線跟隨主軸運動。利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等，本系統正是利用了20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了復雜高精度在線打孔的問題。

    A2伺服為臺達公司推出的新型高精度網絡型交流伺服驅動器，是實現高速高精度自動化控制的首選伺服，特點如下：

    (1)高分辨率編碼器規格：提供20bit增量型編碼器；符合需要精細定位控制的機械設備的需求。此外，A2伺服也另外支持絕對型編碼器，滿足客戶機臺斷電時可記憶現在位置，在位置控制上提供更廣泛的使用場合。

    (2)網絡型控制架構：針對目前全球工控界對于高速網絡的控制需求，ASDA-A2除了能夠提供標準Modbus的通訊規格，還支持CANopen(1M bps)，可以達到多軸幷聯高速控制。

    (3)強大的內部位置模式：A2提升標準ASDA-A系列的內部位置模式功能，提供位置控制編輯器；內部位置緩存器由原先8點增加到64點，數字輸入點數(DI)增加到14點，位置控制方式由簡易的點對點移動模式，晉升到可以由參數設定在兩點間進行速度變換，甚至不同位置點的跳躍設定。大大滿足了客戶對于伺服驅動器的功能需求。

    在本系統中，20PM提供一個RS232通訊口與上位觸摸屏進行通訊，操作人員可以快捷地對系統運行參數進行查詢和修正；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指令將所需數據及時地發送至兩臺伺服驅動器。

    高速在線打孔是典型的電子凸輪的應用，要求在同步區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變形、開裂或不能打透等問題。此處利用PM內建的電子凸輪功能完成此工藝的實現，通過主軸編碼器作為命令來源控制從軸A2伺服，在系統啟動時，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進行設置。

    系統軟件設計：

    (1)20PM程序設置

    使用臺達PM編輯軟件PMSoft 2.08，在O100程序中對PM的輸入輸出參數進行設定，如圖4所示。

圖4

    首先需要先創建兩個解析度300點的Cam曲線。

    然后通過20PM的內置功能塊設定，設定主軸來源、從軸參數及打孔長度等參數，此參數可以在觸摸屏上進行修改。

    20PM的內置功能塊為PLC編程人員提供了極大的方便，我們可以直接調用，摒棄了傳統的使用指令的方式，降低了調試的復雜程度。

    觸摸屏程序設計：

    本系統采用的為臺達B系列觸摸屏，優良的性能保證了觸摸屏與PLC的數據交換。

    按照系統要求設定觸摸屏的通訊端口的各個參數。

    打孔參數設定畫面圖下圖所示，HMI上可以查詢到當前產量、累計產量，同時可以設定打孔距，同時對孔距及從軸補償設定，修正由于機械、安裝等造成的誤差。

    從軸伺服控制系統設定：

    (1)軟件版本ASDA_Soft V4.00，第一步使用USB連接線將計算機與伺服控制器相連，進行通訊設定，選擇On-Line，本設備使用的A2系列伺服，偵測完畢后確定進入系統。

    (2)伺服工作模式為Pt模式，需要在參數編輯器中設定伺服的工作模式、電子齒輪比等參數。

    (3)運行監控

    通過PC軟件監控馬達的速度線，可以看出從動軸與主動軸的追隨特性非常的好，重復定位精度達到±0.5mm。

    3總結

    經過多次試驗驗證，本系統打孔的重復精度達到±0.5mm，設備維護方便，深受用戶的歡迎，已經完全取代了現在客戶使用的手動離線打孔設備。

    使用電子凸輪取代傳統的機械凸輪設計的汽車密封條在線旋轉打孔系統憑借優良的性能、方便的操作，節省了人力物力，同時又提高了生產效率；由于20PM及A2伺服的可靠性高，系統性能穩定，定位精度較高，控制系統智能、方便、快捷，深受客戶的好評。<