案例｜自动打磨步进升降配合重力传感器解决方案
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项目背景
现在各种设备配件的生产需求不断提高，生产速率也在不断调高，人工是肯定的跟不上时代，全自动打磨设备自然应运而生，外圆工件的抛光打磨，平面工件的抛光打磨，各种异形件的抛光处理，还有精细程度的要求不一样，镜面抛光已经不再稀有，中高端产品基本都会要求达到一定系数的镜面抛光处理。
当工件在一定规格之上，本身重力加上固定结构的协同下，打磨工作肯定是容易被自动化设备取代人工，在细小零件，异形件，薄件的打磨，那么我们客户一般会要求尽力全自动生产线，最少达到单工位全自动，尽力达到提高生产效率的目的，减少重复动作，改善劳动环境。
1项目介绍
项目为某高新企业生产线改善项目，以前采用的是高速电机配套旋转结构，工件固定在卡套上，采用人工手握打磨工具（不同目数的砂纸，纱布，抛光轮）在工件上摩擦抛光。
原始工艺有很多缺陷，高速电机启停时间过长，更换工件必须等电机完全停止，影响生产效率，人工手握工具与高速旋转机构接触，有一定安全风险，人工操作会有疲劳系数和工作职责操守问题，会有一定比例的不合格品存在。
因工艺要求比较高，尖端产品供需持续性比较高，现场要求只能在不影响整体进度的情况下进行并行改造，尽量采取单工位改造，逐步推进，最后联动的操作模式。
减少人工数，人均生产效率提高三至五倍，操作简单，配件更换简单，故障率低，精度可控，工件型号可换，控制参数可存，同系统预留5-10工位扩展。
所有动作均可单点动作，可以按暂停动作，可状态全复位，按停止按钮后，工序完成后才停机，并且每个部件均状态复位。
2硬件配备要求
采用触摸屏操控，配备手自动转换，紧急停止，全自动启动，全自动停止，故障报警等按钮。
采用PLC输出脉冲控制步进电机，与触摸屏通讯可设置不同参数，可保存20种工艺参数，可直接调用参数。
步进控制升降往返打磨工件，配套重力传感器往返打磨工具，控制打磨工件的受力情况。
重力传感器的选型很重要，因为打磨力度直接影响打磨工艺效果。安装结构超级重要，安装有一丁点不对，灵敏度就会差很多。
滚珠丝杆滑台，升降轴套，安装座都是需要详细设计，上下料气缸，手指缸各种选型均需要根据需要适当调整。
3硬件选型计算
我们在选型时，需要考虑情况很多，因为有计数显示，功能参数不同型号的选择，单动动作操作，试机动作，如果选择按钮或者文本，相对就会感官差很多。
选择工控机，则没有太大必要，因为相当于试验机型，后续如果有更多工位或者全套控制，那么我们采取工控机，记录与通讯都会更加强化，又因为后续扩展需求，我们选择了10寸HMI，附带IE串口，可通过交换机多台通讯，可与上位机通讯传输记录数据。
我们因为有步进控制要求，采用脉冲控制，那么我们选型PLC时，必须经过仔细考量，因为有HMI控制输入，IE通讯，那么我们考虑的是带2-3路脉冲输出，开关量输出相对多一点，综合考虑，最后选择了SMART系列，因为自带运动轴控制，三路脉冲输出。配套选择SMART IE HMI。
市场上的步进电机，步进控制器也有非常多，这个根据分辨细分选择合适即可，没有特殊要求，选择大小则根据计算的扭力需求选择。因为控制要求，高速旋转电机，升降轴套还有各种配套安装座，经过仔细计算后，适当增大了定量扭力，这个是经验积累，计算值也是有偏差的。
开关电源的选择根据电源需求和安装空间选择合适的即可
交换机选择稳定性高的，前期选择了普通五口交换机，后续需求会更换为工业级，相对会更稳定。
工件上料选择了使用手指缸，旋转气缸，升降气缸，定值控制，速度恒定，角度，距离都是恒定，那么我们在工件的上下料均可采用气动装置，动作更迅速。
在打磨时，工件需要反向旋转运动，让工件相对抛光磨具受力更均衡，采用了气缸夹持配套模具使工件在旋转过程中可均衡受力，不会脱落。
4系统架构说明
采用开关电源输出DC24V控制，HMI输入指令给PLC控制动作，根据设定速度，重力，移动速度，移动距离来进行动作。
上下料工位为气缸动作，需要更换配套型号夹具，当系统开始运行后，上料气缸组动作，上料完毕，步进电机A控制滚珠丝杆滑台控制打磨工位前进后退动作，同步主轴旋转工件，采用变频器调速，工件的大小，材质，工艺需求会有不一样，当步进电机移动一定距离之后，磨具工装配套高速电机开始转动，步进电机B在重力传感器感应受力达到设定值时，进行往返运动，对工件进行抛光打磨动作，步进电机A在重力受力到限后，立即停止动作。
当工件在抛光次数或时间达到时，步进电机B自动往后退回，主轴及磨具电机停止动作，旋转气缸，升降气缸，夹持手指缸配合进行下料，并进行下一个上料流程。
4控制动作说明
上下料气缸组合相当于微型机器人，上料流程：升降气缸下降，到位后，夹紧手指缸，工件夹持到位信号给定，上升气缸动作，到位后进行旋转动作，气缸下降，到位松开，升降气缸上升，上升到位后旋转回位，等待下一个工序起始信号，下料气缸组合机器人结构相同，动作相对作调整。
工位主轴旋转：步进前移时，工件主轴旋转启动，当磨轮剩余距离不一样时 磨轮尺寸定值，每个磨轮剩余的量也是定值，每个工件设定磨轮标准距离设定，每个磨轮剩余量小于一定值报警， 磨轮距离减去磨轮定值，根据周长改变转速及时间，先修改转速，转速达到最大值，时间加长。
游刀往返控制升降速度快，滚珠丝杆5mm丝距，设定3000脉冲控制旋转一圈，速度控制在20mm/s左右，可上下调整有效行程控制50mm
步进电机A控制滑台有效丝杆动作行程200mm，丝杠丝距4mm，动作行程约150左右，进刀前后动作速度控制为多段速，根据磨轮的大小，磨具距离工件距离逐渐减速过程，让最后接触时，重力传感相对更灵敏，停止转动更及时。
重力传感器 0-1KG 精度1.0mv/v 0-10变送器转换4-20Ma，控制过程可放大倍数，让传感器灵敏度更高，设置范围更广，对应工件产出更稳定。
5触摸屏组态及注意事项
触摸屏操控，分组参数，直接调用，用户可自由编写参数设档案号，工位变频器主轴速度可单独调整，打磨时间可单独调整，产量计数、故障显示等，工位上下往复步进可独立设定行程和速度
界面主要有设备状态，单独控制，参数设置，存档读取，故障报警等窗口
我们可以设定组态界面，按照实际设备比率3D仿形，设备动作时指示，因为种种原因，大家可以自己试验或查找相关资料学习或观看。
手动自动，独立控制窗口，暂停，复位，单循环，计数，各种设定均有控制需求，我们尽量做到，全面，后续可根据生产实际来作调整，从图纸中来，到实际中去，再回图纸中，不断改进过程。
HMI与PLC通讯采用IE，地址肯定还是设定的最常用的169.254.*.*，通过交换机，编程电脑可以同时控制修改。
用户在使用中可以设定运行参数，并且进行保存，下次同样工件只需调用参数，无需工艺工程师再次进行设定。当需要使用时，写好存档编号，参数读取，那么运行参数就修改为新的参数。
有在做工艺调整或设备维护维修时，我们需要独立电机或气缸动作时，我们可以使用手动点动方式控制。
对应HMI与PLC变量地址一定要一致，到位信号的采集，可给触摸屏指示，当按钮或动作变绿色，那么我们能直观知道部件在动作。我们进行程序编写或项目调试，有明确名称的习惯，当时间过去很久时，如果有维护或其他问题时，我们可以轻松解决，人的思维模式基本固定，但是会不断完善，回顾多年前的思路，会有很多不一样和理解不同。
5程序编写及注意事项
程序控制里面，上下料的控制均为输入输出，到位信号停止输出，停止输出并有到位输出，则进行下一步，简单机器人动作，与很多学习资料的动作类同，不作详细说明。
动作设计时，注意先后顺序和先决条件，因为电机高速动作，打磨磨具的旋转，均需注意避让，注意防呆设置，不能因为故障出现而损坏设备，注意多重保护设定。
步进控制选择的SMART自带3个脉冲输出控制轴，我们可以根据需要来设定，可以直接设定工程量mm输出脉冲数，那么我们就需要对应中间有没有减速机，丝杠丝距进行计算，计算脉冲当量，选型步进电机参数均有使用。
步进电机脉冲数的计算方法，首先，识别丝杠。丝杠每两根导线之间的距离为3mm,4mm,5mm等等不同级别。步进电机为1.8度200步，圆为200×1.8=360度。步进驱动器是16个细分（选择系数），也就是说，1.8分为16个细分。电机通过驱动器的每一步都是1.8/16=0.1125度。无任何减速比存在，每转一圈步进电机需要3200步。导程5的丝杠每转移动5mm，每步移动5/3200=0.0015625mm，这是电机参数。如果导程4的参数为0.00125。我们根据不同的需求来计算所对应不同电机脉冲总数。后续会有针对性讲解。
我们在设置PLCI/O口时，需要注意运动轴对应的口已经默认，根据需要选择不同，个人习惯是计算数量时，预留口为专用接口，后续增加，不管哪种情况均可扩展，改动量会小很多。
运动目标距离为200-400，默认设定300，默认速度为60.0，输出速度需要根据实际工艺不同而调整。当参数已经设定时，参数不该，因为各种原因参数没有保存时，默认设置生效，这样设定的初衷是避免一个问题，使用方不会因为各种不动作而需要去维护，限定在一定范围，当出现这种情况时，我们可以直接判断为参数设置问题，非程序问题。
分段式速度控制，使用距离识别，配套电子尺双重检测，步进X轴A电机运动时有原点检测和归零动作（每个班组或产品品类），打磨为重力传感，经过系列计算预判距离接近时，我们采用减速控制，这套设计使用时，因为工艺节拍调整和实际使用，采用的两段速直接降速运行。
我们采用运动控制轴输出时，我们只要设定好参数，再调整运行设定距离与运转速度，程序即可简单运转，先转动起来，再根据实际的转速已经脉冲当量来调整参数设定。
我们运转当中需要往返，到点暂停动作需要延时，运转速度要求可控，我们在编写程序时有一个比较直观的办法。
需要电机运转，那么使用运动轴，让电机转起来，需要设定运动距离，那么加入相对应的速度，距离，使用计算公式，按比率变动。
电机可以按要求设定距离，设定转速了，需要往返，那么我们给参考点，到点换向，需要暂停时间，继续加入时间继电器。
5总结
复杂的事情都是由简单的问题堆砌起来的，个人习惯为将项目细分，大项目分为几个小项目，项目分为功能，功能再分步骤，最后联合起来就达到最终的目的。
平时的学习和项目进行中，针对性进行总结，对以后的使用会方便很多，触类旁通，我们有时间会有一种感觉，好像这个问题在哪处理过，遇到过或者看到过资料，可缺少关键字，回忆断档的感觉很不好。
用笔记，作总结，我们不用每一个都做，好比开车，我们总会遇到很多重复动作，会形成惯性，让我们手的动作有时候会比想法快。我们需要做的是建档或者有针对性的，知道在哪里可以找到。在自己的思维树里建立分支归纳总结。
我一直在做这个事情，也希望更多人参与进来，所以我开始了我的分享，开始了图文发表。
项目在交付后，运转状态良好，有一些没有考虑到的问题不断出现，因为是新工艺，客户相对还算配合，在不断改进中，客户使用满意度是不断提升，打磨安全系数，产品质量稳定性，人工节省方面得到大幅提升，比客户预想更好。
产品的上下料工作流程没有问题，因为产品工艺的特殊性，夹持模具改动了多次才找出替代方案，产品内部外部的划痕，外表面细微打磨不均匀，都有得到改进解决。
现在还有很多行业的成品合格率或关键工艺需要人工控制，或只有某一个工人能胜任，这会给我们带来很多限制，我们现在任务是让生产的工艺参数有记录，从实践中总结，再通过设计，归纳来改进，减少人为因素影响，让生产可持续性增强，只有实现单机数字化，自动化，才能考虑深入的智能制造。