臺達運動控制器20Pm在線纜裁割機上的應用
摘要：
本文主要介紹臺達20PM運動控制器在線纜裁切行業(yè)的數(shù)控裁割機中的應用，線纜裁割機以前都是利用傳統(tǒng)的PLC通過中斷的形式來完成裁割，跟隨誤差比較大，為了解決這個問題，利用臺達20PM內(nèi)置飛剪功能出色完成了各項需求，實現(xiàn)輸送和裁切速度同步，并闡述了設備的工作原理、工藝要求及飛剪功能的應用概要。
關(guān)鍵字：臺達20PM專用控制器 程序設計 凸輪功能 飛剪 動態(tài)CAM曲線，平滑加減速
一：概述
高速裁線機是應用于線纜行業(yè)的定長裁切設備，在線纜行業(yè)，有很多客戶需要把生產(chǎn)出的線纜在高速送線的情況下按照一定長度定長切斷，以便做各種接插件等。由于目前的電纜原材料價格不斷上漲，對裁線機的效率和精確度的要求不斷提高。過去，普通的控制方式就很難達到要求，比如在速度200M/MIN情況下，誤差基本在5MM-10MM,其控制方式是利用PLC的高速計數(shù)功能，采集編碼器的頻率信號及長度，在長度達到的情況下，產(chǎn)生中斷，發(fā)一脈沖信號，這個脈沖的頻率就是采集的編碼器的頻率，控制切刀伺服動作。由于每次切刀動作總是在滯后動作，產(chǎn)生誤差不可避免。本文敘述的方法是采用20PM自動生成飛剪凸輪曲線控制，實際控制精度達到1MM.以內(nèi)。
二 高速裁線機結(jié)構(gòu)和原理
1實際機械結(jié)構(gòu)及外形
如上圖所示，左圖為一測米輪，右圖為切刀，側(cè)米輪后帶一2000線的編碼器,
2，電氣控制原理
上圖所示為電氣控制原理，圖中分為送料單元和剪切單元，送料單元通過20PM上的DA卡，給變頻器一0--10v的信號控制送料速度，剪切單元由20PM，根據(jù)TP設定的長度，以及編碼器反饋的物料的速度和位置，控制剪切伺服動作，對線纜進行定長裁切。20pm硬件具有500K的高速輸入與輸出脈沖，完全適應高速的響應與控制。
三 電子凸輪旋切原理
在旋切過程中，最重要的是速度同步，比如在切刀接觸到物料時一定要與物料速度同步，如果接觸時切刀速度大于同步速度，出現(xiàn)對物料一個向前牽扯的力，會照成物料切面不平，如果速度低于物料速度，會出現(xiàn)堵料的現(xiàn)象。
速度同步區(qū)的規(guī)劃很重要，一般同步區(qū)越大，就越容易保證速度同步，但設置較大的同步區(qū)就會使加減速曲線更陡，即主從軸間速度倍率增大，特別是在裁切長度小于刀周長的情況下更加嚴重，這使電機、機臺、切刀的沖擊都很大，而且容易導致伺服過流報警，設備無法正常運行。因此必須有適合的同步區(qū)和倍率設置才能保證設備最優(yōu)化運行，在20PM中設置有倍率上限限制參數(shù)，可按照設備機械參數(shù)設置上限倍率，當超過上限時，會自動調(diào)整同步區(qū)與倍率參數(shù)，保證設備正常運行。
由下圖比較可以看出同步區(qū)與倍率的關(guān)系。點劃線部分表示速度的面積積分為位置需要相等。
其次，對需要裁切的長度與切刀的周長也有很大關(guān)系。分述如下，
在剪斷長小于刀周長的情況下，在同步區(qū)（定義為切刀與材料接觸的前后一段），切刀線速度與物料同步，過了同步區(qū)以后，為了趕上下一次切斷切刀加速。
在剪斷長大于1倍刀周長并小于2倍刀周長的情況下，剪斷動作完成后，切刀減速，根據(jù)長度，不一定減速到停，然后再加速到同步進行下一次剪切。做為特例在剪斷長度等于刀周長時切刀勻速運動
在剪斷長大于2倍刀周長情況下（這也是最常見的一種情況），在一個周期中，刀刃在剪斷同步完成后，減速到停止，等待一定長度過去后，啟動下次裁切。
其對應的主從軸電子速度曲線分別如下圖
需要對這個圖加以說明的是這是主從軸的速度關(guān)系圖，在實際程序中，實際的電子凸輪關(guān)系
完全應是主從軸位置對位置一一對應關(guān)系。通過速度關(guān)系生成電子凸輪，是20PM一項很實用的功能，這項功能可通過填表手動生成，也可通過指令自動生成。
下圖為切刀周長與設定長度完全一致是主從軸的位置關(guān)系
同步完成
下圖為設定長度大于切刀周長時的電子凸輪
下圖為設定長度小于切刀周長時的電子凸輪
從上述我們可以看到，一旦主從軸關(guān)系對應好，在20PM內(nèi)部就有一定長度的數(shù)據(jù)區(qū)對應
主從軸的數(shù)據(jù)，實際運行時完全按照這個凸輪表運行，不需經(jīng)過程序掃描，響應速度及時。
四 程序設計介紹
整個程序結(jié)構(gòu)包括初始化、參數(shù)計算、裁切曲線動態(tài)調(diào)整、原點回歸和點動等等。
在介紹程序之前需要將一些與飛剪相關(guān)的特殊寄存器作個簡單介紹
D1816：X軸基本參數(shù)設定，包括單位系、脈沖型式、坐標系、原點回歸方式等設定
D1846：X軸控制命令，根據(jù)不同的值執(zhí)行不同命令動作，裁板機用到H40（回原點）、H2000（連續(xù)CAM模式）
D1864：主軸脈沖輸入方式及倍頻設置、響應時間設置
D1799：輸入點極性設置
D1800：輸入點狀態(tài)
M1035：置位后將內(nèi)部定義輸入點釋放作為普通點
D1832：原零點（PG0）信號數(shù)N
D1828：原點回歸速度
D1830：原點回歸減速速度
D1812：CAM數(shù)據(jù)初始化完畢
D1813：CAM運動周期完成
M1748：CAM運動周期暫停
裁切參數(shù)計算介紹
參數(shù)計算部分主要包含裁切長度脈沖數(shù)、切刀脈沖數(shù)、同步區(qū)脈沖數(shù)、倍率等參數(shù)的計算，下面以倍率計算為例介紹：
假設：
送料輪編碼器線數(shù)S1，直徑D1，線速度V1，脈沖頻率F1，減速比J1
切刀輪編碼器線數(shù)S2，直徑D2，線速度V2，脈沖頻率F2，減速比J2
根據(jù)線速相同的條件，可計算出主從軸之間倍率關(guān)系，得出如下：
V1=F1*π*D1*J1/S1
V2=F2*π*D2*J2/S2
所以，F(xiàn)2/F1=S2*D1*J2/S1*D2*J1，將機械參數(shù)帶入即可計算出倍率。
裁切曲線動態(tài)調(diào)整介紹
裁切曲線動態(tài)調(diào)整是通過FROM/TO指令來完成，只要在裁切周期完成之前寫入即可在下一個周期自動變換。
以下是自動生成CAM表的相關(guān)參數(shù)。
D0=k10000 _ 建立飛剪CAM data
D101..D100 _ 整數(shù)格式主軸長度,
D103..D102 _ 整數(shù)格式從軸長度
D105..D104 _ 整數(shù)格式從軸同步長度
D107..D106 _ 浮點格式從軸同步倍率
D109..D108 _ 浮點格式從軸最高倍率限制
D110 _ 曲線選擇(0 const speed,1 const Acc,2 SingleHypot,3 Cycloid)
D111 結(jié)果(0 ok, 1 條件無法滿足, 2 CAM長度不足)
所以實際程序做飛剪時只需把以上參數(shù)根據(jù)機械及工藝算出，執(zhí)行指令即可
下圖為機械及工藝算出的D100-D108的值
下圖為建立動態(tài)飛剪指令及執(zhí)行
五 結(jié)束語
目前設備已調(diào)試完成并正常運行，20PM飛剪功能成功應用于數(shù)控裁線機。通過這個案例，我們可以把它推廣到其他類似需要物料持續(xù)進給不停機情況下實現(xiàn)定長或定位裁切功能
場合。比如對鋼卷，鋁帶定長裁切，對瓦楞紙旋切木板旋切等。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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