20pm运动控制器电子凸轮功能在高速绕线机的应用

1、台达 20PM 运动控制器电子凸能在高速绕线机的应用摘 要：介绍台达 DVP-20PM00D 运动控制器电子凸轮（CAM）功能，阐述高速绕线机工作原理、工艺要求及相关控制程式概要。：运动控制器，电子凸轮，伺服控制，绕制主轴，排线从轴，CAM Table，高速脉冲。一、前言本文介绍的是全自动无骨架系列高速绕线机，可以绕制不同规格的空心线圈，如：传动线圈，扬声器线圈，天线线圈以及各种无骨架通用线圈。设备具有性能可靠，高速高效率，自动化程度高，适合于线圈的大批量生产。绕制各种线圈如下图：一般普通绕线机采用内置脉冲功能的小型 PLC，通过绕线轴编速度输出到 PLC 内置高速输入点，将绕线轴与排线轴的速

2、比进行简单速度同步，这种方法受 PLC 运算影响，同步精度差，计算量大，CPU 处理时间较长，因此会出现绕线不均匀，堆积，塌陷等问题，严重影响绕线成品的质量，举例来说，PLC 对绕线轴编作高速计数，当到达计数值时利用中断方式控制排线轴电机反向绕制，但受 CPU 运算处理时间的影响会出现滞后产生误差，在低速的情况下尚可基本达到绕制要求，但是对于高速绕制多层线圈时就会出现线圈端面不齐整，成品品质下降。台达DVP-20PM00D 是一款运动控制型 PLC，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，在高速绕线机中

3、正是利用了 20PM 运动控制器的电子凸在换向时出现的绕制不均匀、堆积、不平整等问题。能很好的解决了上述绕线机架机架由角钢框架及不锈钢台面组成，并设置脚轮便于移动，当设备到位后可将支脚调低作为稳定支撑。张力机构安装于进线部分，作为绕线张力调节，保证线圈绕制时维持张力恒定，张力调节器具有调节旋钮可针对不同需求进行张力调节设定，调整完毕后，张力调节器自动控制绕线张力。绕线机构主要由台达 B 系列 200W 伺服电机、同步齿形带、绕线飞叉组成，是电子凸轮运动中的绕制主轴，铜线经过飞叉旋转绕制于绕线模头上，是绕线机主要运动部件之一。排线机构包括台达 B 系列 100W 伺服电机、精密直线螺杆、精密导轨

4、、气动滑叉等，是电子凸轮运动中的排线从轴，在绕线运动中跟随绕线主轴正反向往复运动实现排线动作，是绕线机主要运动部件之一。工作转台由分度步进电机、旋转台、线叉、绕线模头组成，该设备为多工位绕线机，在绕线同时执行模头预热、剪线、加热、脱模等工艺动作，这需要工作转台按不同工位动作完成。剪线机构为气动执行机构，主要是将绕制完成的线圈两端引线剪断。脱模机构由分度步进电机、气动脱模组成，将绕制完成的成品从绕线模头取下。热风系统设备配置两个可调温度 220V 热风枪，在绕线前将模头预热，绕线后对线圈进行热风处理便于脱模。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，

5、触摸屏作为人机交换，伺服电机作为执行机构，实现转轴与排线的精确控制，从而保证绕线的精度。2、技术指标1）适用线径：0.010.1 mm，最大 0.2 mm；2）最大线圈外径：2.0015.00 mm，需配合不同绕线模头；3）最大绕线幅度：0.058.00 mm；4）起绕间距：020 mm；5）绕线角度分辨率：0.01；5）排线间距分辨率：0.0001 mm；6）主电机：AC 伺服 200W；7）排线电机：AC 伺服 100W；8）主轴转速：3000RPMmax9）固定方式：热粘结；10）气源：约 80L/min （5kg/cm2）3、设备工艺流程绕线头回原点进给至起绕点张力调节模头预热绕线、排

6、线加热剪线脱模成品退至脱模点进给至起绕点循环生产4、电气系统配置电气控制主要包括绕排线部分、步进分度部分、气缸动作控制部分。具体配置如下：运动控制器运动控制器台达 DVP-20PM00D可编程控制器台达 DVP-32EH00T2触摸屏台达 DOP-A57BSTD气缸传感器X 轴伺服电机开关按钮S 轴伺服电机触摸屏三、电子凸能及应用介绍高速绕线机的主要控制功能在于 20PM 电子凸轮的应用，使绕制产品的成品品质及效率大大提高。以下对电子凸能作简单介绍：1、电子凸轮普通机械凸轮是经常可以看见的，如果知道普通的凸轮的话，那么电子凸轮也就会很快明白，真实的凸轮是一件物体，你若想用来描绘这个三维物体就要

7、输入程序，然后这个程序展现出来的功能就是电子凸其发挥本有的功能。能。简单说就是用电子特性勾勒出一个物体，并使从上图可以看到，左边是常见的机械式凸轮方式，而右边就是电子凸轮方式。也就是说利用程序的方式（配合伺服单元）完成机械凸轮控制所需要的轨迹，实现主轴和从轴的啮合运动。2、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；二是从主轴编或伺服脉冲获取，将主轴编其换算成主轴位置。信号进行处理；三是从测量编获取。获得编信号之后，将绕线伺服电机及驱动器台达 ECMA-C30602ES、ASD-B0221-A排线伺服电机及驱动器台达 ECMA-C30401ES、

8、ASD-B0121-A旋转台分度步进电机脱模分度步进电机由主轴输出脉冲获取主轴位置（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。3、台达 20PM 运动控制器电子凸能介绍台达 20PM 运动控制器除了实现直线/圆弧插补以及定位功能之外，内嵌了电子凸能，使其可以应

9、用在多种运动控制场合。20PM 为 2 轴运动控制器，具有 2 路 500KHz 的输入与输出，在电子凸能中定义 X 轴为从轴，Y 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。下图是电子凸轮设定的界面。位移坐标图速度坐标图度坐标图进 入 资料 设 定表单 在中可以清楚地利用图形方式设定、修改电子凸轮曲线。当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 Setti

10、ng completed 按钮, 即可在主画面绘制位移, 速度,度坐标图区段区段起始位置区段结束位置区段所需行程曲线型式表单资料资料设定完成取消设定调用表单资料清除表单资料下图是以高速绕线机为例的电子凸轮曲线图，采用 CYCLIC 模式排线从轴根据绕线主轴连续正反排线。以下是计算主从轴关系算式：主轴转一圈所出线的距离(圆周长)=*D (mm) Or 绕线模具一圈的出线的距离(圆周长)=*D (mm)；排线从轴转一圈所需脉波数=10000P/R=相对应转一圈滚珠螺杆移动之距离=10mm；主轴旋转一圈所需脉波=3600P/R =从轴相对应主轴旋转一圈所转动的圈数所需脉波= 100P/R =相对应滚

11、珠螺杆移动之距离=0.1mmMaster/Slave 关系式=(主轴旋转一圈所需脉波*凸轮一周期的匝数)/(从轴相对应主轴旋转一圈所转动的圈数所需脉波*线径*排线宽度的匝数)四、电气控制1、 系统 I/O 表DVP-32EH00T2X0复位Y0A 分度转脉冲X1启动Y1A 分度转方向X2急停Y2B 分度转脉冲X3气压检测Y3B 分度转方向X4A 分度盘Y4A 刹车X5B 分度盘Y5B 刹车X61 抽模芯后（原）Y61 抽模芯阀X71 抽模芯前Y72 脱模前后X102 脱模后（原）Y103 脱模上下X112 脱模前Y114 卸料上下X123 脱模下（原）Y125 吹气X133 脱模上Y131#热

12、枪X144 卸料下Y142#热枪X154 卸料上限（原）Y15备用X16主轴Y16备用X17排轴Y17备用DVP-20PM00D2、 上位触摸屏控制触摸屏主要用于人机和主要参数。（1）手动操作画面：，对设备相关参数进行设置以及显示设备运行过程中动作状态设置有主绕线轴和排线轴动操作按钮，实现调机时动调整，同时可通过“回原”按钮将主轴和从轴回归机械原点，并设有分度盘调试按钮和教导调机按钮便于操作。（2）自动操作画面可预设产量，显示当前总产量、当班总产量、热风控制温度、已绕圈数、已绕线长等参数，并且可通过“循环开/关”按钮控制单个绕线还是连续绕线。（3）参数设置画面主要用于设置主轴转速、总匝数、第一

13、层匝数、线径、加时间等等重要参数，并可LSP0排线左极限FP0+排线轴差分脉冲输出LSN0排线由极限FP0-排线轴差分脉冲输出DOG0排线轴原点RP0+排线轴差分脉冲输出DOG1绕线轴原点RP0-排线轴差分脉冲输出A0+绕线轴位置 A+相脉冲反馈FP1+绕线轴差分脉冲输出A0-绕线轴位置 A-相脉冲反馈FP1-绕线轴差分脉冲输出B0+绕线轴位置 B+相脉冲反馈RP1+绕线轴差分脉冲输出B0-绕线轴位置 B-相脉冲反馈RP1-绕线轴差分脉冲输出通过配方保存多组不同绕制参数。3、 程序设计程序设计的关键在于高速绕线机的控制难点分析及解决方案。系统难点绕线机在换向处出现绕线不均匀、堆积；绕线机换向处

14、出现螺旋纹、不平整；无法进行斜排绕线，奇偶数绕线难点分析换向处绕线不均匀、堆积情况出现主要是由于普通 PLC 的速度指令处理时间长，换向受程序扫描周期影响，没有同步指令且无法实时刷新，同时伺服刚性参数，动态响应速度也是原因之一。换向处出现螺纹主要是因为螺旋绕线方式造成，可采用最后半圈定位绕线解决。斜排绕线在爬坡时每圈需要增加一个线宽和线厚，奇偶数绕线是在每绕一层变换绕线匝数奇偶性，两种绕线方式都需要每次绕线后进行计算，由于普通小型 PLC 运算时间长，导致无法进行高速斜排和奇偶数绕线。台达解决方案由以上分析可以看出，高速绕线机的瓶颈在于高速运算及响应，而台达 20PM 运动控制器除逻辑控制 C

15、PU 外具有独立的高速运算 CPU，由硬件直接完成高速运算响应，2 轴同步控制时间小于 0.5ms，达到高速绕线需求。关于台达 20PM 运动控制器电子凸能及应用在上面章节已有描述。此外，对于程序编写也十分简单方便，利用 PMSoft 编程设置好 cam table 后，直接控制对应的内部寄存器即可完成电子凸轮运行。下表为 X 排线轴内部寄存器表，例如在对应的D1511 中传送不同数值即可实现 0（停止）、1（正向点动）、2（反向点动）、3（单段速运动）、4（电子凸轮运动），其他寄存器同样有各自功能。EH2CRPMspDAxisContentDirection(EH2,PM)0D1500PM

16、ID10D1510XS us Word11D1511XControl Word0, Stop1,Jog+2, Jog-3, 1seg4, CAM12D1512XData1jogjogitionMasterX 排线轴梯形图如下：五、结束语目前系统已正式投产使用，连续无故障运行 2 周，绕线速度最高可达 2500r/min，绕制产品品质达到用户需求，台达 20PM 电子凸能成功应用于高速绕线机中。13D1513XData2SpeedSpeedRatio14D1514XData3SpeedSlave Ratio15D1515XData416D1516XData5Yition17D1517XData618D1518XData7Y Speed19D151