1 引言

　　1.1 由于貨架鋼結構體系設計與安裝上的要求，需要在冷彎型鋼的立面、側面沖壓出一系列的具有一定分布規律和精度要求的孔，在貨架立柱的截面形狀比較復雜的情況下很難保證能在冷彎型鋼上進行后續加工完成。在貨架立柱冷彎成型生產線中導入在線預沖孔加工工序，擴大了貨架立柱的截面形狀的設計范圍，極大地優化了貨架鋼結構組成機理，特別是當立體倉庫（AS/RS）系統在我國的興起和廣泛發展與應用，對貨架立柱的孔位精度提出了更高的要求，如：孔位誤差不超過±0.3，孔位累計誤差也不超過±0.5等，傳統生產工藝和方法已很難實現，我們知道傳統工藝是將材料先開卷成條料，再由人工手動送料，靠簡易定位塊及經驗定位后沖壓實現或將相應的冷彎型鋼依據一定的沖壓原理進行定位沖壓完成，準確度低，勞動強度大，生產效率低。

　　1.2 在沖壓自動化生產和壓力機改造過程中，既要實現壓力機主機的連續運行，又要實現間歇性的送料和取件工作，必然要設計專門的自動送料裝置和自動取排件裝置，由于毛坯形狀、大小、工藝過程以及主機設備性能上的差異，其自動送料裝置也大不一樣，近年來，由于交流位置伺服系統實現的交流伺服自動送料裝置具有系統響應速度快、速度精度高、調速范圍寬、加減速性能好、魯棒性強、控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩定可靠等優點，在工業生產中得到了廣泛應用。在貨架立柱等位置控制精度要求比較高的場合，可采用CNC系統或專用的伺服驅動單元，該方案造價高，基本控制電路和控制原理復雜，不可預見性影響因素多，但在貨架橫梁、拉桿等位置控制精度有一定的要求，如：長度控制精度為±1時，采用PLC控制系統實現貨架冷彎機組中液壓停剪技術是一種性價比很好的選擇方案。

　　1.3 本文就根據本企業內的進口貨架冷彎生產線利用交流位置伺服系統PID控制方法實現的交流伺服自動送料裝置及其工作原理分析改造了貨架立柱在線沖床自動送料裝置，既克服人工送料的缺點，又實現了貨架立柱冷彎成型生產線的在線預沖孔加工工序的自動送料及加工生產。

2 交流伺服自動送料裝置工作原理 

　　在線預沖孔伺服送料定位控制系統由五部分組成，即計算機（PC）、伺服驅動控制卡、交流伺服調速系統（交流伺服控制器、伺服電機及相應的控制電纜）、傳感檢測及反饋、輔助動作執行系統。

3 自動送料裝置分析及設計原理

　　3.1 主要工作動力來源于交流伺服電機，當準確測算出系統的具體電機功率和控制節拍要求后，可以選擇配套的交流伺服控制器和交流伺服電機，本裝置原設計安裝的為美國寶德（BALDOR）3.7KW的系統，后由于新產品開發，增加了工作傳動負荷，并根據工作原理，即動力控制部分與交流伺服控制之間的位置控制主要通過±10V的模擬信號來實現，不存在對交流伺服系統的功率限制，故可以將其更換為日本三菱公司的伺服放大器型號MR-J2S-系列的5KW的配套的交流伺服控制器和交流伺服電機，并在后期的近四年的應用過程中能很好地實現位置精度控制要求。

　　3.2 自動送料裝置主要結構組成，⑴光電傳感器1#主要反饋進入壓力機工作區域的鋼帶存在狀況，如：余料、缺料等；⑵伺服電機經齒輪箱向下導料輥傳遞輸送動力，齒輪箱的傳動比i（如i=11的設計選型）和電機的轉速決定該系統送料定位速度；⑶旋轉編碼器測出上導料輥（被動送料及被動測量點）通過與板料間的運動傳遞的位置信號⑷機械抱閘實現定位后的位置固定；⑸光電傳感器2#實現壓力機的工作控制要求的位置信號的傳遞；⑹上下模實現在線孔位的沖壓；要求壓力機沖壓噸位配套、機床或模具精度的配套等。

3.3 貨架立柱冷彎成型生產線的在線預沖孔加工工序自動送料裝置由上下一對φ90的導料輥組成驅動動力，依靠料板與上下導料輥之間的摩擦力送料，下導料輥由伺服驅動電動機驅動。沖壓貨架立柱的帶鋼分布孔在壓力機上完成，為保證壓力機沖壓運動和自動送料運動的協調，在壓力機下工作臺平面安裝接近開關，模具上特別設計和安裝適當長度的位置塊。當模具進行封閉運動時，位置塊靠近接近開關時，接近開關輸出信號（閉合），此時不能送料，由電磁或氣動離合器（根據壓力機的具體型號和控制方式決定）控制模具向下運動沖孔;反之，當模具返回，位置塊離開接近開關時，接近開關輸出信號（斷開），使下導料輥可以開始下一個送料動作循環周期，或利用壓力機的凸輪控制器來反映模具或上工作臺的具體極限位來設定具體的動作節奏。具體的每模送料步距量值的大小由PC設置相應的記數脈沖數或長度轉化值比較決定，并由與上導料輥相聯的角編碼器被動測量反饋相協調（由程序設定），從而實現沖壓板料的可調整、高精度、無積累誤差的步距送料沖壓，累積誤差由程序中設置的誤差補償算法或人工在線修正等手段處理，確保貨架立柱的高品質孔位距離。

　　3.4 設備系統中的自動送料裝置克服了貨架立柱預開平鋼帶人工送料的缺點，具有操作簡單、工作可靠、控制精度高等特點，可大大提高勞動生產率，配合高速高精度壓力機可實現70次/分的工作頻率，工作壓力達到2500KN以上，其可組成獨立的運行系統。

4 控制系統硬件設計

　　4.1 輸入信號：①沖頭位置檢測元件：用接近開關檢測或壓力機的凸輪控制器控制；②有無料板的檢測元件：用光電開關檢測或用行程開關控制；③料板張緊檢測元件：用接觸開關檢測；④料板堆積檢測元件：用光電開關檢測或用行程開關控制；⑤操作按鈕:操作面板上的開始、停止、急停等開關信號。

　　4.2 輸出信號：①控制壓力機工作循環；②控制伺服電動機：上下導料輥伺服電動機的正、反轉及定位；③控制抱閘動作：根據位置控制要求，實現抱閘動作的開合，決定上下導料輥的運動；④指示燈：開始、電源指示燈等（部分可共用壓力機上的指示燈）；其他如故障報警信號等。 4.3 交流位置伺服控制器作為下位機用來控制交流伺服電機的啟、停，速度的調整，主要接受來自主控微機經數模轉換變成的模擬控制電壓，并輸出給伺服放大器，最終調節交流伺服電機的正、反運動及調整。

　　4.3 交流位置伺服控制器作為下位機用來控制交流伺服電機的啟、停，速度的調整，主要接受來自主控微機經數模轉換變成的模擬控制電壓，并輸出給伺服放大器，最終調節交流伺服電機的正、反運動及調整。

5 控制系統硬件設計的幾個主要問題

　　5.1 輸入信號的控制精度：要盡量選擇測量輥的圓周長與增量式光電碼盤的每轉脈沖數的比值小的產品，其決定了反饋控制信號的測量控制精度；位置接近開關的感應距離要小而靈敏，采用1200線/轉的光電編碼器作反饋元件，與被動測量輥同軸安裝，就可以準確測出電機的有效轉速。因為光電編碼器是由激光照射光珊發出脈沖的，而光珊安裝在光電編碼器的轉軸上，轉軸每轉一周（3600）編碼器就產生1200個脈沖，該脈沖只與轉軸速度有關，而與實際伺服電機的運轉速度、電機溫度等無關。因此，只要準確測出光電編碼器的脈沖個數，就可確切知道電機的有效轉速、實際送料長度等，同時根據設定值計算出電機每秒鐘應轉動的理論值并與測量值進行比較，將誤差值轉換成數字量輸出到D/A芯片的輸入端，從而改變其電壓輸出，由伺服系統控制電機的轉速,從而達到恒速、定位準停控制的目的。

　　5.2 實際工作中由于伺服系統工作電流較大，對于微機干擾較大，故在硬件電路設計時應考慮到系統的隔離和干擾問題。由于選用的是串行D/A。信號的傳輸只用三根線，故采取隔離措施相對容易些。而光電編碼器工作也容易受到干擾，因此除了正常的接地外，還要將光電編碼器輸出線中的地線可靠接地。

　　5.3 輸出信號的控制精度：如壓力機、機械或氣動抱閘的響應周期的設計或選擇要盡可能小，模擬控制信號要與具體的伺服系統相配套設計和調試等。

　　5.4 系統的機械精度控制在一定誤差范圍內，電氣控制精度（編碼器脈沖）就可得到提高，魯棒性強，可以在很多場合達到較高精度位置控制的要求。

6 控制系統軟件

　　6.1 程序的主要功能是：人機對話調整產品生產數據和PID參數整定；實現PC及各模塊間的數據傳遞和處理，位置環PID控制算法及控制伺服電動機運動，實現各相關設備動作等。

　　6.2 程序主要運行在DOS操作系統下，產品工藝參數、PID參數整定等為開放式設計，便于對實際生產過程進行整定調整，其它諸如：沖壓步距的設定及調整、一定長度值下每個輸出脈沖數的對應調整、壓力機控制精度、伺服送料精度和伺服送料長度值的設定與調整等均為開放式設計。

　　6.3 主程序設計中考慮了部分設備的故障預警程序段，極大地提高了設備的可操作性和對產品生產質量的控制，也在一定程度上降低了設備的故障檢查時間。

7 結論

　　實際應用表明：選擇合理的PID參數能夠滿足控制系統響應速度快、速度精度高、魯棒性強的要求，實際應用控制精度最高在±0.1mm左右且可避免累積誤差。該控制系統可應用于高精度開口系列冷彎型鋼產品的生產中，特別是類似貨架立柱的產品，即對冷彎型鋼立、側面具有孔位高精度要求的在線預沖孔的冷彎成型生產線上。既滿足了貨架產品位置精度、立面側面沖孔控制精度等方面的要求，又提高了產品質量，降低了批量生產成本。具有一定的推廣意義。