20PM电子凸轮功能在高速追剪系统的应用4.doc

台达20PM运动控制器电子凸轮功能在高速追剪系统的应用摘 要：介绍台达DVP-20PM00D运动控制器电子凸轮（CAM）功能，阐述高速追剪工作原理、工艺要求及相关控制程式概要。关键词：运动控制器，电子凸轮，伺服控制，CAM Table，高速脉冲。一、 前言傳統的定長送料系統，都是在材料開始加工之前先由送料馬達將材料送出指定的長度，等材料穩定停止之後，隨後再進行正常的加工作業，譬如鋼板裁切、管材鋸斷、套色印刷、等等。因此基本上，只要送料的長度準確，不論其為何種加工作業，產出成品的質量大都還可以被客戶接受。但是，碰到如斜紋紙管生產線、無縫鋼管生產線、光电缆挤出生产线、钢筋矫直切割生产线等等，材料是連續不間斷地生產出來的，根本無法採用停止後靜態裁切的方式。以及客户需要提高生产效率的情况下，同步式剪切系统就比较适用。本文介绍的追剪系统，是同步式剪切系统中的一种，其他还有飞剪，旋切。它们之间最大的区别是：追剪是往返运动，而飞剪是为同向运动。对台达20PM运动控制器来说主要是电子凸轮的CAM曲线不同。采用本方法，使用户的包装材料护角生产线速度从过去的20M/MIN,提高到一倍，达到50M/MIN,达到国际国内领先水平，减少了机械震動，提高了剪切精度，大幅提高了生產效率。下文介绍的主要是台达20PM运动控制器电子凸轮功能在高速追剪系统的詳細应用。二、 追剪机构和原理1、设备结构追剪机构共包含以下部分机构，分述如下：12435（1） 切刀机构主要由一个进刀电磁阀和一退刀电磁阀控制切刀的进退。（2） 測量機構安装于出來部分，如圖所示，同軸聯接一2500線的A/B相的差分編碼器,測量进料的速度,及長度。是电子凸轮运动中的主轴。（3） 追踪机构主要由台达B系列2000W伺服电机、傳動機構组成，是电子凸轮运动中的從轴。（4） 进料傳動包括台达B系列1.5KW變頻电机、傳動皮帶等，要求调节进料的速度。（5） 电气控制包含电气控制箱、触摸屏操作盒。采用DVP-20PM00D运动控制器作为控制核心，触摸屏作为人机交换，伺服电机作为执行机构，实现切割的精确控制。运动控制器S轴編碼輸入X轴伺服电机變頻調速触摸屏开关按钮传感器2、电气系统配置电气控制主要包括切刀、皮帶速度动作控制部分。具体配置如下：运动控制器台达DVP-20PM00D編碼器台达EH3-25LG8845触摸屏台达DOP-A57BSTD伺服电机及驱动器台达ECMA-C30602ES、ASD-B0221-A變頻电机及驱动器台达ASDB接近開關1接近開關2三、 追剪控制及20PM运动控制器电子凸轮功能应用介绍1、 追剪控制中电子凸轮的主轴长度与从轴速度的关系图B高速返回A前置等待切刀动作必须结束允许切刀动作切台在HOME等待同步区切台速度等于进料速开始启动（1）前置状态：送料進行中，長度尚未達到指定裁切長度。20PM运动控制器隨時偵測輸入材料之當時送料速度，若長度適合即立刻指揮伺服馬達啟動，進入追速狀態。（2） 追速状态（Ramp up to Tracking）：送料持续进行，20PM运动控制器在侦测输入材料之长度及当时送料速度的同时，并指挥伺服电机依照S曲线加速至与进料速度同步；在进入同步速度的瞬间，锯/切台与材料的动态相对位置已经整定完成。接着便进入同步状态。（3）同步状态（Syncronized Zone）： 一旦进入同步状态，20PM运动控制器立刻送出同步信号(CLEAR)给锯/切台控制机构，要求执行切断动作。同时，运动控制器依然持续侦测进料长度及进料速度，随时保持锯/切台与材料之间的动态相对位置不变；如此才能确保裁切断面的平整。当裁切完成之后，切刀自动退出，并发出裁切完成信号(CUTend)。（4）减速状态（Ramp down Stop）：20PM运动控制器 指挥伺服电机依照S曲线减速直到完全停止。同时，仍然持续侦测并累计进料长度。一旦伺服电机完全停止，接着立刻进入回车状态。（5 ）回车状态（Return Home）： 回车过程中，20PM运动控制器仍持续侦测并累计进料长度。（6）待机状态： 回车完成之后20PM运动控制器系统自动进入待机状态，等待下一循环的开始。上面的从轴速度与主轴位置关系的几个步骤，只是一般常规追剪系统的关系，实际上可根据工艺要求变更，比如有的设备要求，同步切断以后，有个快推过程，图形如下图利用20PM运动控制器的CAM表功能可根据工艺要求，很方便的生成各种主轴长度与从轴速度的关系图，然后，通过主轴长度与从轴速度的关系图可以自动生成主轴位置与从轴位置的关系图。需要注意的是以上圖中A，與B面積必須相等具体生成过程在后文介绍。2、20PM电子凸轮的实现方式（1）获取主轴位置；获取主轴位置有多种方法：一是采用虚拟轴，计算简单准确；二是从主轴编码器或伺服脉冲获取，将主轴编码器信号进行处理；三是从测量编码器获取。获得编码器信号之后，将其换算成主轴位置。這個追剪系統采用的是第三種方案。由編碼器脉冲获取主轴位置如图（2）实现主从轴的啮合实际上是定义主从轴之间的关系（称之为cam table）。cam table有两种方法表述：一是采用X、Y的点对点关系；二是采用两者的函数关系。cam table的获取也有多种途径：根据实际工作中测量到的点与点之间的对应关系，根据主从轴的标准函数关系。cam table可以定义多个cam曲线。关系确定和实现后，根据主轴的位置，就能得到从轴的位置。在20PM控制器內，CAM曲線既可通過手動編程時生成也可通過程序自動生成。本系統通過手动生成。3、台达20PM运动控制器电子凸轮功能介绍20PM00D为2轴运动控制器，具有2路500KHz的输入与输出。可以做两轴的直线圆弧插补;20PM00M为3轴运动控制器，具有3路500KHz的输入与输出,可以做任意两轴的直线圆弧插补。本文用的是20PM00D。台达20PM运动控制器采用高速双CPU结构形式，利用独立CPU处理运动控制算法，可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制，直线/圆弧插补控制等，除了实现直线/圆弧插补以及定位功能之外，内嵌了电子凸轮功能，使其可以应用在多种运动控制场合。在电子凸轮功能中定义X轴为从轴，編碼器輸入轴为主轴，当定义好cam table后，从轴依据定义的曲线跟随主轴运动。在高速追剪机构中正是利用了20PM运动控制器的电子凸轮功能很好的解决了上述高速切割时出现的不垂直、不等長等问题。而且可以用虚拟轴的功能，扩展到29个输出凸轮。运动控制器DVP-20PM00D4软件实现本图是根据一上海客户包装材料追剪的工艺生成的最终CAM曲线图1，由上而下分别为位置，速度，加速度曲线，同时，在PMSOFT安装程序文件夹下CAMDATA子文件夹下生成三个文件，如图二所示，图2分别为DATA_S.TXT,DATA_V.TXT,DATA_S.TXT,分别对应三个图形的数据，打开DATA_S.TXT文件，可以看到主轴与从轴的三百个对应数据，这三百个数据是由编程者设定解析度，系统自动生成，（20PM一个CAM表最大解析度为2048，可以预设三个CAM表，并可在线随时切换）见最后附表从附表中，可以看到三百个主轴和从轴一一对应位置，也就是凸轮关系。因为，我们前面介绍的追剪过程是主轴位置和从轴的速度关系，实际凸轮关系是主轴和从轴一一对应位置关系，如何从主轴位置和从轴的速度关系产生是主轴和从轴一一对应位置关系是我们解决的重点。PMSOFT软件有个CAM CHART,使我们可以清楚地利用图形方式设定、修改电子凸轮曲线。当我们点击进入资料表单设定按钮时会弹出下面的区段设置表。使用者需先设定Start Ang, End Ang, Stroke以及透过下拉式选单选取CAM curve（具有连续、正弦、匀加速等6种曲线，并可加入其他标准曲线和自定义曲线）,在设定完成后按下Setting completed按钮, 即可在主画面绘制位移, 速度, 加速度坐标图 。区段编号號区段起始位置 区段结束位置区段所需行程曲线型式 储存表单资料调用表单资料资料设定完成取消设定清除表单资料图3下面是以高速追剪机构包装材料的护角机为例，来说明如何生成电子凸轮曲线图。本测量系统编码器为2500线，测量轮为51MM，伺服转一周需10000 PULSE,伺服与导轨联结为2：1的减速带轮，导轨牙距为30MM,通过以上参数，我们可以计算出要达到线速度同步，输入脉冲与输出脉冲的频率比例关系。V1=F1*3.14*51/2500V2=F2*30/(2*10000)由于V1=V2,所以F2:F1=3.14*20000*51/30*2500=21.35因此考虑到PLC发出频率，与伺服接受频率的合理性，我们把伺服齿轮比设为10，填 表设为2.2，如上图所示。 分别为在测量轴600 PULSE达到速度同步，一直同步到5000PULSE, 然后是，降速到零，再高速返回。（这里的同步长度设的比较长是因为用户的切刀是 油压系统，从发出切刀动作到动作结束有时间0.3秒延迟，必须有足够长的同步区满足 ）然后，按下DRAW,按钮，生成主轴位置与从轴速度的曲线图，图4生成的图形是按照主轴位置和从轴的速度关系，并不是主轴和从轴一一对应位置关系，要生成主轴和从轴一一对应位置关系必须在按下步骤進行按下export按钮，将数据导出，然后把数据在作为速度信号导入，即再按下import speed DATA 按钮，就自动生成了图1主轴与从轴的位置关系，速度关系，加速度关系图，然后将程序下载，启动，就会每个循环都按此图执行。畫圖時，PMSOFT提供了幾種曲綫平滑功能，如圖中所示，可以減少機械震動。 从附表中可以看出本图追剪机构最大行程为10766 pULSE,切割的长度为8200 PULSE,换算成长度分别为700MM,与480MM,左右，也就是伺服驅動的機械往返行程是700MM,切割材料最短長度是480MM,如果需要在线修改切割长度只需用DTO指令动态修改追后一个CAM表的长度即可。20PM运动控制器电子凸轮表可以建三組，三組之間可以動態切換，具有很大的靈活性。比如用戶可能為了保護設備，需要低速切割短的材料，高速切長的材料，只需分別建一個CAM,分別調用即可。 20PM运动控制器电子凸轮表运行方式有三种，分别为1次(ONCE),连续（continue），及限定次数，触发方式也有两种外部和内部，等非常方便用户用于定长或套标追切。 四、 主要程序初始化长度换算故障报警及启动CAM运行五、 电气控制图六、 结束语此外，20PM运动控制器电子凸轮功能不仅仅可以应用在追剪控制中，通过变换不同的控制曲线，该功能广泛应用于各种较高要求的运动控制中，例如：包装机行业中的飞剪，机床行业中的飞锯，印刷机行业中的电子轴裁切及套印，纺机行业中的精密络筒绕线等等。CAM功能也可以扩展到更多的应用领域及应用状况，例如：园压圆模切、圆压圆烫金系统的动作也是需要一个同步区域进行模切、烫金。不干胶标签印刷的同步控制等诸多应用中，也会使用到电子凸轮CAM功能。 在纺织机械中电子凸轮细纱机、包装机械的连续灌装动作、立式包装的横切热封动作、金属加工中的弹簧变径加工等。PLC产品处余强台湾研发吴鸿志以下数据为DATA-S.TXT的数据00120.0130235925316811240.0780901610851288360.247037276625633480.571292579174042601.10167074203491721.88817286491394842.97978949546814964.424306869506841086.268118381500241208.556041717529313211.331142425537114414.634561538696315618.505357742309616822.980348587036118028.093967437744119233.878128051757820440.362098693847721647.57238006591822855.532615661621124064.263481140136725273.782615661621126484.104545593261727695.2406311035156288107.199012756348300119.984596252441312133.599014282227324148.040634155273336163.304550170898348179.382629394531360196.263488769531372213.9326171875384232.372375488281396251.562088012695408271.478118896484420292.093963623047432313.380340576172444335.305358886719456357.834564208984468380.93115234375480404.556060791016492428.668151855469504453.224334716797516478.179809570313528503.488189697266540529.101684570313552554.971313476563564581.047058105469576607.278137207031588633.613098144531600660.000061035156688853.600097656257761047.200073242198641240.800048828139521434.400024414061040162811281821.5999755859412162015.1999511718813042208.8000488281313922402.4001464843814802596.0002441406315682789.6003417968816562983.2004394531317443176.8005371093818323370.4006347656319203564.0007324218820083757.6008300781320963951.2009277343821844144.8007812522724338.4008789062523604532.000976562524484725.6010742187525364919.20117187526245112.8012695312527125306.401367187528005500.0014648437528885693.601562529765887.2016601562530646080.801757812531526274.4018554687532406468.00195312533286661.6020507812534166855.202148437535047048.8022460937535927242.4023437536807436.0024414062537687629.602539062538567823.2026367187539448016.80273437540328210.4023437541208404.00195312542088597.601562542968791.20117187543848984.8007812544729178.4003906254560937246489565.59960937547369759.1992187548249952.798828125491210146.3984375500010339.998046875501610375.142578125503210410.06640625504810444.5498046875506410478.3740234375508010511.32421875509610543.1875511210573.7568359375512810602.828125514410630.2060546875516010655.7001953125517610679.126953125519210700.3125520810719.0908203125522410735.3056640625524010748.8115234375525610759.47265625527210767.1650390625528810771.7763671875530410773.390625532010771.55078125533610766.3662109375535210757.7763671875536810745.732421875538410730.2001953125540010711.158203125541610688.599609375543210662.5322265625544810632.9765625546410599.966796875548010563.55078125549610523.791015625551210480.76171875552810434.55078125554410385.2587890625556010332.998046875557610277.892578125559210220.0771484375560810159.6982421875562410096.9130859375564010031.8867187556569964.7929687556729895.815429687556889825.143554687557049752.97460937557209679.5117187557369604.961914062557529529.53710937557689453.454101562557849376.929687558009300.18457031255833.5019531259139.3755867.003906258978.56542968755900.5058593758817.7558593755934.00781258656.94628906255967.5097656258496.136718756001.012207031258335.32519531256034.514160156258174.5156256068.016113281258013.70605468756101.518066406257852.8964843756135.020019531257692.08691406256168.521972656257531.277343756202.023925781257370.46777343756235.525878906257209.6582031256269.02832031257048.84667968756302.53027343756888.0371093756336.03222656256727.22753906256369.53417968756566.417968756403.03613281256405.60839843756436.53808593756244.7988281256470.04003906256083.98925781256503.5419921875592304394531255762.37011718756570.546386718755601.558593756604.048339843755440.74902343756637.550292968755279.9394531256671.052246093755119.12988281256704.554199218754958.32031256738.056152343754797.51074218756771.558105468754636.7011718756805.0605468754475.88964843756838.56254315.0800781256872.0644531254154.27050781256905.566406253993.461181640636939.0683593753832.651855468756972.57031253671.842529296887006.0722656253511.0332031257039.574218753350.223876953137073.0761718753189.414550781257106.5781253028.605224609387140.0800781252867.79589843757173.582031252706.986572265637207.0839843752546.177246093757240.58593752385.367919921887274.0878906252224.558593757307.589843752063.749267578137341.0917968751902.939941406257374.593751742.130615234387408.0957031251581.32128906257441.597656251420.511962890637475.100097656251259.70019531257485.598144531251209.334472656257496.096191406251159.067993164067506.594238281251108.999877929697517.092285156251059.228149414067527.589843751009.852172851567538.087890625960.9627685546887548.5859375912.655761718757559.083984375865.0223388671887569.58203125818.1510620117197580.080078125772.1275024414067590.578125727.0338134765637601.076171875682.9485473632817611.57421875639.9462280273447622.072265625598.097167968757632.5703125557.4671020507817643.06787109375518.1187133789067653.56591796875480.1042785644537664.06396484375443.4761962890637674.56201171875408.2795410156257685.06005859375374.5538330078137695.55810546875342.3327331542977706.05615234375311.6439514160167716.55419921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