基于臺達20PM運動控制器的線纜裁切機

　　摘 要：本文主要介紹臺達20PM運動控制器在線纜裁切設(shè)備中的應(yīng)用，并闡述了設(shè)備的工作原理、工藝要求及飛剪功能的應(yīng)用概要。

　　關(guān)鍵詞：20PM 運動控制 程序設(shè)計 飛剪 動態(tài)CAM曲線

　　1 引言

　　傳統(tǒng)的線纜裁切機跟隨誤差比較大，為了解決這個問題，利用臺達20PM運動控制器的內(nèi)置飛剪功能出色完成了各項需求，實現(xiàn)輸送和裁切線速度同步，通過調(diào)整速度同步區(qū)的寬度來完成不同長度線纜的裁切，保證了裁切的精準度。

　　2 結(jié)構(gòu)及工作原理

　　2.1 電纜切割機

　　電纜切割機設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。線纜裁切設(shè)備這是比較典型的飛剪功能應(yīng)用，臺達20PM已內(nèi)置飛剪功能，可采用以DVP-20PM為控制核心的臺達機電產(chǎn)品整體解決方案完成對切刀控制，實現(xiàn)設(shè)備控制要求。

　　圖1 電纜切割機機頭

圖2電纜切割機機神

　　2.2 DVP20PM運動控制器

　　臺達DVP-20PM00D是一款具有運動控制專用功能的可編程控制器。DVP-20PM00D的最大特點是PLC主機直接提供電子凸輪CAM功能，或者說DVP-20PM00D是內(nèi)置CAM功能的PLC,所以有些場所直接稱呼DVP-20PM00D為臺達20PM運動控制器。

　　20PM具有2路500KHz的輸入與輸出，在CAM功能中定義X軸為從軸，編碼器輸入軸為主軸，當(dāng)定義好CAM Table后，從軸依據(jù)定義的曲線跟隨主軸運動。采用高速雙CPU結(jié)構(gòu)形式，利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現(xiàn)各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等，電纜切割機正是利用了20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了上述高速切割時出現(xiàn)的不等長等問題。20PM的主要特點：

　?。?）20PM適用于高速、高精度、高復(fù)雜的運動控制場合；

　?。?）多段速執(zhí)行及中斷定位；

　　（3）64K 大容量, 內(nèi)置Flash存儲體；

　　（5）兩組差分脈沖輸出，最高脈沖輸出達500KHz；

　　（6）兩組手搖輪控制；

　　（7）內(nèi)置電子凸輪CAM功能，輕松實現(xiàn)繞線、飛剪、追剪等應(yīng)用；

　?。?）支持PLC順序邏輯控制及NC控制(G 碼與M碼)。

　　3 切割機軟件設(shè)計

　　3.1 I/O定義

　　X0計數(shù)光電

　　X1裁刀啟動

　　X2裁刀停止

　　X3護保護

　　X4直流馬達引起故障

　　X5伺服故障

　　X6主控箱急停

　　OITPUT

　　Y0伺服on

　　Y1故障復(fù)位

　　Y2裁切啟動

　　Y3推線

　　Y4蜂鳴

　　Y5裁切指示燈

3.2 飛剪程序設(shè)計過程

　　在利用20Pm飛剪功能寫程序的時候需要按照以下步驟來進行：

　　利用DTO指令來完成飛剪數(shù)據(jù)的給定

　　程序中需要計算填充數(shù)據(jù)D100-D112，其參數(shù)定義如下：

　　D101..D100主軸長度

　　D103..D102從軸長度

　　D105..D104從軸同步長度

　　D107..D106從軸同步倍率(F2/F1)

　　D109..D108從軸最高倍率限制

　　D110加速曲線:

　　0 const speed,

　　1 const Acc,

　　2 SingleHypot,

　　3 Cycloid)

　　D111CAM曲線=0

　　0 leftCAM,

　　1 midCAMall,

　　2 midCAMbegin,

　　3 midCAMend)

　　程序中填充數(shù)據(jù)D100-D112其參數(shù)計算過程如下：

　　(1)D100計算:

　　D210裁切長度

　　D222計米輪周長

　　D212計米輪線數(shù)

　　D224實際計米輪總脈沖數(shù)

　　D226裁切長度脈沖數(shù)

　　D100=D226=D224=D210/D222*D212

　　(2)D102計算:

　　D416切刀輪脈沖x D426速比= D200切刀輪脈沖=(D102)

　　(3)D104計算:

　　D200切刀輪脈沖x D172同步范圍= D204同步脈沖=(D104)

　　(4)D106倍率計算推導(dǎo)過程:

　　a. 主軸直徑 D1 (mm)

　　主軸一圈脈波數(shù)R1 (Pulses/Rev)

　　主軸速度 F1(Hz)

　　主軸速度 V1(mm/sec)

　　b. 從軸直徑 D2 (mm)

　　從軸一圈脈波數(shù)R2 (Pulses/Rev)

　　從軸速度 F2(Hz)

　　從軸速度 V2(mm/sec)

　　c：根據(jù)同步時線速度相同即

　　V1=V2

　　(F1*3.14*D1/R1) ＝ (F２*3.14*D２/R２)

　　F2/F1 = (D1*R2*K減速比)/(D2*R1)

　　= (D250*D256*D258減速比)/( D252*D254)

　　=D274

　　=D106脈沖比同步倍率

　　(5)D108倍率上限

　　(6)D110加速曲線選擇:

　　0-3曲線選擇逐級平滑

　　(7)D111CAM曲線選擇:

　　選擇0保證了切刀切完后回到上位零點等待

　　8：D112結(jié)果ok

　　以上部分完成了D100-D112的計算填充數(shù)據(jù)過程，也就是完成了飛剪程序部分設(shè)計，

　　3.3 飛剪程序運行監(jiān)控

　　D1799設(shè)定X 軸輸入端子極性端子極性PG0

　　D1800輸入點狀態(tài)b5DOG原點信號來計數(shù)點 D50LDPm125無效

　　D1816=530原點回歸 DOG 下降沿檢測原點回歸方向 A/B 相脈沖

　　D1828 X軸原點回歸速度

　　D1830 X軸原點回歸減速速度

　　D1832 X軸零點信號數(shù)N

　　D1833回原點后X軸補充距離P k0

　　D1838X軸目標位置(I) P(I) （Low word）

　　D1848X軸現(xiàn)在位置CP(PLS) （Low word）

　　D1864=H305 X軸手搖輪輸入響應(yīng)速度設(shè)定A/B相脈波4倍頻

　　D1846=100 X單段速定位運動模式啟動

　　D1846=40原點回歸模式啟動

　　D1846=2000插入單段速定位運動模式啟動

　　經(jīng)過上面的分析將分析過程寫成程序即完成了主體程序設(shè)計，其它各種安全保護和附加功能同WPL程序編寫就不一一贅述。

　　3.4 電子凸輪軸CAM曲線

　　在CAM的規(guī)劃上20PM編程軟件——PMsoft是先產(chǎn)生位移相對關(guān)系再生成速度及加速度關(guān)系，但在這里我們是以速度的關(guān)系來規(guī)劃，因此要先產(chǎn)生速度關(guān)系再產(chǎn)生位移及加速度，PMsof提供了 便利功能可以將Export出來的位移數(shù)據(jù)當(dāng)成速度數(shù)據(jù)匯入，完成CAM圖，步驟如下：

　　（1）設(shè)定所需的分辨率，在這里我們設(shè)定200點：

　　（2）將速度關(guān)系建立在位移關(guān)系圖上, 在這里我們假設(shè)位置1在主軸位置100, 位置3在主軸位置200, 位置4在主軸位置300：

　　（3）將位移關(guān)系圖匯出再將其當(dāng)成速度數(shù)據(jù)匯入即可得到我們要的速度關(guān)系圖：

　　在生成的位移關(guān)系圖中橫軸即是主軸（送料軸）回饋的脈沖量，縱軸即是從軸（切刀軸）運動脈沖量，主軸的位移量(脈沖數(shù)) 是裁切長度，在主軸運動過程中從軸（切刀軸）跟隨一周，裁切一次。在速度關(guān)系圖中我們可以看到，從軸與主軸之間有同步裁切區(qū)，保證了兩者之間的速度同步。

　　以上是飛剪功能介紹以及如何建立CAM關(guān)系圖，在線纜裁切機中，主軸（送料）不由20PM控制，但其運動由計米輪編碼器回饋給了20PM，因此也可以建立送料主軸與切刀從軸之間的運動關(guān)系。裁切曲線動態(tài)調(diào)整介紹CAM曲線可以做到程序中實時進行修改，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。在CAM曲線參數(shù)中提供了各種平滑曲線供選擇，滿足對加減速平滑的需求。

　　4 結(jié)束語

　　基于臺達20PM運動控制器的線纜定長切割設(shè)備已調(diào)試完成并正常運行，裁切重復(fù)精度達到客戶工藝要求的±1mm以內(nèi)。20PM飛剪功能成功應(yīng)用于線纜裁切機。這是20PM飛剪功能的又一次成功應(yīng)用案例，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的物料裁切等場合。

　　DVP20PM是臺達PLC家族中運動型控制器，具有強大的運算處理能力，可輕松完成各種二軸、三軸運動控制，特別適合對位置控制和實時響應(yīng)有較高要求的高速定位應(yīng)用場合，并內(nèi)置高速繞線、飛剪、追剪等高階應(yīng)用功能，廣泛應(yīng)用于食品加工、包裝、木工、機床、線纜切割等行業(yè)。