基于PLC和步進電機的沖床自動送料系統研究

侯長俊

作者所在地為我國軸承保持器架、平墊生產基地之一，沖床被大量的使用，但自動化水平較低，操作工人勞動強度大、生產效率低。操作工人手持鐵板反復移動到沖壓刀具的正下方，由刀具切下一個個圓環或特制形狀的鐵片。實際工作中由于鐵板較重而且工人長期保持一個姿勢，生產效率低且容易患上職業病。若實現自動送料則操作工人只需更換整塊鐵板，加工過程中鐵板的移位由機器完成，從而可實現生產效率的提高和降低工人勞動強度的雙重效益。如上描述實現自動送料需要設計一套機構夾住鐵板并讓其在平面（即x軸y軸）上精確移動位置，工人只需等整塊鐵板加工完畢換上新鐵板就可，加工過程無需參與。如果用單片機來實現該方案，要進行復雜的二次開發，需要設計接口電路、抗干擾電路及驅動電路，軟件設計也較復雜。加之難以形成大批量生產，理論上可行但現實中行不通。PLC（Programmable Logic Controller）是在順序控制器和微機控制器的基礎上發展起來的新型控制器，它的特點是可靠性高、編程方式簡單直觀、功能越來越完善，使其在工業控制領域得到廣泛的應用。用PLC控制步進電機實現定位控制，硬件電路設計簡單、方便、快捷，編程語言形象直觀，容易掌握。步進電機又稱為脈沖電機，是控制系統中的一種執行元件。其作用是將脈沖信號變換為相應的角位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，電動機就轉動一個角度或前進一步。步進電機的角位移量與脈沖個數嚴格成正比，轉速與脈沖頻率成正比，因此只要控制輸入脈沖的數量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉角、轉速及轉動方向，實現精確定位。該整套系統成本可控制在五千元左右，易于推廣在生產實踐中取得了良好的效益。

1、系統硬件設計

1.1主控單元

本系統選用無錫信捷XC系列的 XC3-32PLC作為主控單元，它有18個輸入、14個輸出，I/O共計32點。它具有體積小、功能強、性價比高等優點，而且具有高速脈沖輸出功能，可以驅動步進電機實現準確定位任務。

1.2步進電機及其驅動器

步進電機驅動器采用86HS85，它采用了先進的控制技術并實現了電流的精密傳感和控制，從而達到了低速運行平穩、角度細分均勻、高速力矩大的效果，是一種高性能、小體積、低價格的驅動器。適用于精密測量、精確定位等領域。步進電機采用86HS85二相反應式步進電機，步距角為1.80。

驅動器的面板上有8個撥位開關，第4，5，6位選擇細分模式，如表1所示。驅動器細分設定后電機的步距角等于電機的整步步距角除以細分數。例如細分數設為5，驅動步距角是1. 50的步進電機，其細分步距角為1. 50/5=0.30。第1，2位撥位開關用來選擇電流。

2 PLC脈沖控制方案

在定位移動過程中，刀具不進行沖壓，為了減少時間，提高效率，要求快速移動，而在接近定位點時，為了保證定位精度則要降低速度，即定位過程分為粗定位階段和精定位階段。實現上述過程可以使步進電機的脈沖頻率相同，而脈沖當量不同，但這種方法需要兩套變速機構。為了節省硬件設備，同時考慮步進電機的啟動是一個加速過程，為了維護電機及其驅動設備，要求驅動脈沖頻率線性增加，所以本系統采用脈沖當量不變，改變脈沖頻率的方法。

3定位過程的PLC編程策略

設定位過程中某一次移動鐵板由起始位置A移到D，AD= 40mm，脈沖當量取0.Olmm/步，步進電機細分數4，脈沖上限頻率為lOkHz.則走完全程共需16000個脈沖。根據這種方法，結合鐵板實際走過的路徑，可計算出加工過程脈沖參數表。再結合沖床上的各種傳感器及控制指令即可編制出實際的控制程序。

4結束語

本文概述了PLC控制步進電機的硬件電路，分析了PLC的脈沖控制策略。實現了二維定位，使兩軸聯動達到了在平面上的精確定位目的。本設計方案也可以在其他要求精確定位的場合使用，可根據軸數適當修改方案，具有很強的實用價值。