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對整個送料－沖壓運(yùn)動而言，完整工作周期可縮短 s，生產(chǎn)效率可提高 e，分別如式 ( 1) 和式 ( 2) 所示。

2 控制系統(tǒng)

2. 1 通信方式

由于壓力機(jī)采用支持 EtherCAT 總線的 PC 控制技術(shù)，且送料機(jī)需要進(jìn)行多軸伺服控制，因此送料機(jī)控制器也采用德國倍福 PC 控制技術(shù)，不僅便于在送料機(jī)上實現(xiàn) HMI、PLC 和 NC 的 “All－In－One”集成控制，而且便于在送料機(jī)與壓力機(jī)之間通過 EtherCAT 總線實現(xiàn)控制器間的信息通信，如圖 4 所示。

壓力機(jī)與送料機(jī)之間的通信連接非常簡單，將兩臺控制器之間的 ＲJ45 網(wǎng)絡(luò)接口通過 EtherCAT 總線連接即可。

綜合考慮編程工作量和通信效率，在兩臺倍福控制器之間采用 ＲT－Ethernet 通信方式，不采用 ADS 通信方式。

采用 ＲT－Ethernet 通信時，還需對兩臺控制器進(jìn)行配置，例如將兩臺控制器分別定義為網(wǎng)絡(luò)發(fā)布機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接受機(jī)，定義網(wǎng)絡(luò)變量和各自的 PLC 變量，并將網(wǎng)絡(luò)變量與 PLC 變量連接與激活等。

2. 2 通信信息

為了保證送料機(jī)與壓力機(jī)之間的安全運(yùn)行與信息交互，兩者之間需要交互的信息應(yīng)該包括: 運(yùn)行狀態(tài)信息，例如正常運(yùn)行狀態(tài)還是故障報警狀態(tài); 工作模式信息，例如壓力機(jī)處于 “單次”模式還是 “連續(xù)”模式，送料機(jī)處于 “手動”模式還是 “自動”模式

位置信息，例如壓力機(jī)的滑塊高度信息和送料機(jī)垂直軸的橫梁高度信息，滑塊高度信息可以通過從壓力機(jī)滑塊光柵尺或曲軸編碼器的信息獲得，橫梁高度信息可以通過從送料機(jī)垂直軸伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器的信息獲得。

2. 3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計的內(nèi)容包括在 TwinCAT 開發(fā)軟件中編寫 PLC 控制程序，以及編輯 HMI 畫面等。

編寫 PLC 程序包括引用 TcMC2． Lib、建立軸變量、編寫運(yùn)動控制代碼、配置 PLC 的軸變量與 NC 軸的對應(yīng)關(guān)系、下載及調(diào)試 PLC 程序等。

編輯 HMI 畫面包括添加控件、關(guān)聯(lián)變量、下載運(yùn)行以及利用電子示波器 Scope View 對狀態(tài)、位置、速度和扭矩進(jìn)行監(jiān)控等。

2. 4 第三方伺服電機(jī)配置

送料機(jī)雖然采用倍福的嵌入式 PC 作為控制器，而伺服采用的是深圳匯川的 IS620N 系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)，后者雖支持 EtherCAT 總線，但還需要對 TwinCAT 開發(fā)軟件進(jìn)行相關(guān)的配置操作，包括添加路由、掃描設(shè)備、設(shè)置抱閘參數(shù)、燒寫 XML 文件、配置ＲPDO 和 TPDO、設(shè)置通信模式、設(shè)置控制模式、激活配置以及 NC 調(diào)試等。

3 實驗測試

基于建立的實驗平臺，對壓力機(jī)與送料機(jī)在工作周期內(nèi)不重疊協(xié)調(diào)控制與重疊協(xié)調(diào)控制分別進(jìn)行了實驗測試。

圖 5 和圖 6 所示分別為壓力機(jī)與送料機(jī)在工作周期內(nèi)不重疊協(xié)調(diào)控制和重疊協(xié)調(diào)控制時，壓力機(jī)的電機(jī)、送料機(jī)的垂直軸與水平軸電機(jī)的運(yùn)行時序圖。

從圖中可以看出，在 6～8 s 時段內(nèi)，不重疊協(xié)調(diào)控制時，送料機(jī)的垂直軸完全返回到隱埋點后，壓力機(jī)的電機(jī)才開始驅(qū)動滑塊下行，當(dāng)滑塊完全返回到上死點后，送料機(jī)的垂直軸才從隱埋點上升，開始新的沖壓周期;

而當(dāng)重疊協(xié)調(diào)控制時，送料機(jī)的垂直軸尚未完全返回到隱埋點，壓力機(jī)的電機(jī)已開始驅(qū)動滑塊下行，且滑塊尚未完全返回到上死點，送料機(jī)的垂直軸已從隱埋點上升，從而在保證安全送料與沖壓的同時，縮短了靜態(tài)配合送料時壓力機(jī)與送料機(jī)的相互等待時間。

實驗測試數(shù)據(jù)如表 1 所示。T₁ 為壓力機(jī)沖壓周期，T₂為送料機(jī)送料周期，t₁為滑塊上行時兩機(jī)運(yùn)動重疊時間，t₂為滑塊下行時兩機(jī)運(yùn)動重疊時間，T 為沖壓－送料完整周期所需時間，s_pm 即每分鐘沖壓次數(shù)，從數(shù)據(jù)中可以得到，采用協(xié)調(diào)控制后，沖壓－送料完整周期縮短了 0. 47 s，縮短率為 7. 54%，生產(chǎn)效率提高率為 8. 2%，假設(shè)原每天產(chǎn)能為 4 622 件，可提高到 4 992 件，每天增加產(chǎn)能 370 件。

4 結(jié)論

針對傳統(tǒng)壓力機(jī)與送料機(jī)之間靜態(tài)配合送料存在的局限性，提出工作周期重疊協(xié)調(diào)控制的解決方案; 對送料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、送料運(yùn)動、控制系統(tǒng)以及兩者之間的通信方式進(jìn)行設(shè)計。

實驗測試結(jié)果表明，采用工作周期重疊協(xié)調(diào)控制后，沖壓加工的生產(chǎn)效率得到一定的提高，預(yù)期具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場前景。

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