Simotion D在制基础盖设备上的应用研究

 引言

现时国内企业中使用的易拉盖设备大部分都是从国外引进，核心技术一直由欧美控制，而且不能拥有自己的技术图纸和参数，在软硬件维护上十分困难，需要依赖原设备厂家的技术支持，无论在时间响应上还是维护费用上都要付出不菲的代价。

如上所说，国内某制盖企业的基础盖harr冲床生产线，由于生产线已使用十多年，故障点非常多，维修费用十分昂贵，客户要求将其升级，以便延长使用寿命并方便维护。

项目的工艺

原工艺：片材由真空吸盘一张一张吸起，通过输送带输送到工作区域，由机械手抓取片材送入冲压模具下，冲头落下冲压片材完成一次冲压，等冲头抬起一定角度，两排模具中间的高压气嘴吹气，使基础盖飞入出盖盒，再由嵌入其内部的输送带送入下一个工位。同时机械手将片材送入一个步距等待下一次冲压，直到一张片冲完再取另一张片。

由机械手取片材的效率并不高，并且机械手的检测点很多，使整个系统的故障频发，如果使用伺服系统送片，其优越的精度控制和动态特性必然能将设备效率提升，并大大减少了中间环节的故障点。

送片工艺改成：片材有输送带送到工作区域，由精定位电机精确定位到距离冲头的某个位置，前压辊压下，定位电机退回等待下一张片材。前送料辊将片材安一定步距逐步送到模具下方完成前部分的冲压，到达中间由后压辊压下完成前后送料辊的交接，并由后送料辊完成剩下的冲压，前送料辊继续输送下一张片。前后两张片的间距1～2个冲压步距。冲压部分工艺示意图如图1所示。

控制系统构成

该冲床送料速度及定位精度对冲压效率影响极大，所以对控制系统的要求较高。simotion d435作为西门子新型的运动控制器，其集成了plc和sinamics s120的功能，cpu处理速度较快，能高速处理所有轴定位及外部plc动作，是本项目的首选控制系统。

系统包括，一台d435、3个ift6伺服电机、1个1ph7主轴伺服电机、1个tm17作快速i/o、多点et200接口模块、1个绝对式角度编码器、1台op170b人机界面。

在选驱动方面，我们选用sinamics ac/ac cua31与pm340的组合，可节省部分硬件的成本。

simotion d435拥有便捷的连接方式也是选择的一个因素：

(1)d435、cua31和tm17通过drive-cliq非常方便地连接。

(2)op170b通过mpi与d435连接，能时时监控系统运行情况。

(3)冲头角度编码器通过profibus与d435连接，将冲头的角度同步传输给控制器，使控制器较快的读取角度信息，确保了其它动作的同步。

系统电气控制示意图如图2所示。

图1 冲压部分工艺示意图

图2 系统电气控制示意图

系统完成的功能

本系统主要部分是冲头控制，位置编码器检测冲头的位置，确保了其它辅助动作在时间上能与冲头位置同步。

系统具体完成的功能如下：

(1)手/自动添原料：原料片材快使用完无需停冲床，可实现手动添加原料，自动调节原料高度。

(2)冲头同步检测：冲头同步安装外部绝对式编码器，完成冲头位置的检测，确保停止时冲头停在最上端(±30°)及在适当的冲头位置吹气、送片，保证冲压的稳定性和准确性。

(3)送片精准快速：我们在制订改造方案时从片材的定位速度和精度考虑，使用3个伺服电机完成片材的输送。

初定位：第一轴(z轴)将片材精定位到冲床，保证片材进入冲床时的定位精度。并且送片步距可参数设定。

单步送片：由第二轴(x轴)完成片材前部分的精准冲压，第三轴(y轴)完成片材后部分的精准冲压及退料。通过冲头位置编码器读取冲头已经离开最低点，到达一个送片理想位置，此时伺服迅速以10000.0mm/s2加速到2500rpm并定位等待下一次的冲压。ift6伺服电机的高响应完全能满足高速的启停并能很好的保证精度。如图3例状态：

(4)冲压速度可调：通过控制主轴伺服电机转速调节冲压的速度。

(5)出盖快速检测：我们配置的tm17用于快速i/o检测，其较高的灵敏度能快速的检测出“塞盖、失盖”，确保设备正常安全地运行，较好的保护模具。

(6)工艺参数可调：在人机界面hmi上可设定工艺参数。

停主轴可调下列参数：

图3 例状态

v模具数量：10模或14模。

v冲压速度：120～200次/分。

冲压的过程中可调参数：

v片材初步精准定位移动距离。

v每次冲压步距(并且前后辊分开调节，以免前后辊由于制作误差使送片步距前后不相等)。

v压辊动作延时时间。

(7)自动统计产量：人机界面hmi上可显示产量，并可手动清除。

(8)维护诊断简单：hmi能显示全部系统故障信息，对照诊断表可迅速判断故障点。

(9)设备运行安全：在液压、气压压力过低及离合器温度较高时，系统将迅速停止冲床，并显示报警信息，等待处理故障。

应用心得

系统通过simotion scout能十分方便的进行硬件配置，scout包含多种格式的编程软件，工程师无需额外培训，只要拥有plc编程经验就能很快上手，编程十分方便。

结束语

设备正常投入生产以来，运行一直很正常，无重大故障，偶尔外围小故障都能保证现场操作人员在5分钟内排除，能做到空冲次数1-2次，大大提升了设备产能。也验证了simotion d435在制易拉盖基础盖设备上是能胜任的。