基于PLC和步进电机的冲床自动送料系统研究

侯长俊

作者所在地为我国轴承保持器架、平垫生产基地之一，冲床被大量的使用，但自动化水平较低，操作工人劳动强度大、生产效率低。操作工人手持铁板反复移动到冲压刀具的正下方，由刀具切下一个个圆环或特制形状的铁片。实际工作中由于铁板较重而且工人长期保持一个姿势，生产效率低且容易患上职业病。若实现自动送料则操作工人只需更换整块铁板，加工过程中铁板的移位由机器完成，从而可实现生产效率的提高和降低工人劳动强度的双重效益。如上描述实现自动送料需要设计一套机构夹住铁板并让其在平面（即x轴y轴）上精确移动位置，工人只需等整块铁板加工完毕换上新铁板就可，加工过程无需参与。如果用单片机来实现该方案，要进行复杂的二次开发，需要设计接口电路、抗干扰电路及驱动电路，软件设计也较复杂。加之难以形成大批量生产，理论上可行但现实中行不通。PLC（Programmable Logic Controller）是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，它的特点是可靠性高、编程方式简单直观、功能越来越完善，使其在工业控制领域得到广泛的应用。用PLC控制步进电机实现定位控制，硬件电路设计简单、方便、快捷，编程语言形象直观，容易掌握。步进电机又称为脉冲电机，是控制系统中的一种执行元件。其作用是将脉冲信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步。步进电机的角位移量与脉冲个数严格成正比，转速与脉冲频率成正比，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向，实现精确定位。该整套系统成本可控制在五千元左右，易于推广在生产实践中取得了良好的效益。

1、系统硬件设计

1.1主控单元

本系统选用无锡信捷XC系列的 XC3-32PLC作为主控单元，它有18个输入、14个输出，I/O共计32点。它具有体积小、功能强、性价比高等优点，而且具有高速脉冲输出功能，可以驱动步进电机实现准确定位任务。

1.2步进电机及其驱动器

步进电机驱动器采用86HS85，它采用了先进的控制技术并实现了电流的精密传感和控制，从而达到了低速运行平稳、角度细分均匀、高速力矩大的效果，是一种高性能、小体积、低价格的驱动器。适用于精密测量、精确定位等领域。步进电机采用86HS85二相反应式步进电机，步距角为1.80。

驱动器的面板上有8个拨位开关，第4，5，6位选择细分模式，如表1所示。驱动器细分设定后电机的步距角等于电机的整步步距角除以细分数。例如细分数设为5，驱动步距角是1. 50的步进电机，其细分步距角为1. 50/5=0.30。第1，2位拨位开关用来选择电流。

2 PLC脉冲控制方案

在定位移动过程中，刀具不进行冲压，为了减少时间，提高效率，要求快速移动，而在接近定位点时，为了保证定位精度则要降低速度，即定位过程分为粗定位阶段和精定位阶段。实现上述过程可以使步进电机的脉冲频率相同，而脉冲当量不同，但这种方法需要两套变速机构。为了节省硬件设备，同时考虑步进电机的启动是一个加速过程，为了维护电机及其驱动设备，要求驱动脉冲频率线性增加，所以本系统采用脉冲当量不变，改变脉冲频率的方法。

3定位过程的PLC编程策略

设定位过程中某一次移动铁板由起始位置A移到D，AD= 40mm，脉冲当量取0.Olmm/步，步进电机细分数4，脉冲上限频率为lOkHz.则走完全程共需16000个脉冲。根据这种方法，结合铁板实际走过的路径，可计算出加工过程脉冲参数表。再结合冲床上的各种传感器及控制指令即可编制出实际的控制程序。

4结束语

本文概述了PLC控制步进电机的硬件电路，分析了PLC的脉冲控制策略。实现了二维定位，使两轴联动达到了在平面上的精确定位目的。本设计方案也可以在其他要求精确定位的场合使用，可根据轴数适当修改方案，具有很强的实用价值。