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摘 要：本文主要介紹臺(tái)達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制 程序設(shè)計(jì) 飛剪 動(dòng)態(tài)CAM曲線
1 引言
傳統(tǒng)的線纜裁切機(jī)跟隨誤差比較大，為了解決這個(gè)問(wèn)題，利用臺(tái)達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)控制器的內(nèi)置飛剪功能出色完成了各項(xiàng)需求，實(shí)現(xiàn)輸送和裁切線速度同步，通過(guò)調(diào)整速度同步區(qū)的寬度來(lái)完成不同長(zhǎng)度線纜的裁切，保證了裁切的精準(zhǔn)度。
2 結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1 電纜切割機(jī)
電纜切割機(jī)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(tái)達(dá)20PM已內(nèi)置飛剪功能，可采用以DVP-20PM為控制核心的臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品整體解決方案完成對(duì)切刀控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制要求。
圖1 電纜切割機(jī)機(jī)頭
圖2電纜切割機(jī)機(jī)神
2.2 DVP20PM運(yùn)動(dòng)控制器
臺(tái)達(dá)DVP-20PM00D是一款具有運(yùn)動(dòng)控制專用功能的可編程控制器。DVP-20PM00D的最大特點(diǎn)是PLC主機(jī)直接提供電子凸輪CAM功能，或者說(shuō)DVP-20PM00D是內(nèi)置CAM功能的PLC,所以有些場(chǎng)所直接稱呼DVP-20PM00D為臺(tái)達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。采用高速雙CPU結(jié)構(gòu)形式，利用獨(dú)立CPU處理運(yùn)動(dòng)控制算法，可以很好地實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)軌跡控制、邏輯動(dòng)作控制，直線/圓弧插補(bǔ)控制等，電纜切割機(jī)正是利用了20PM運(yùn)動(dòng)控制器的電子凸輪功能很好的解決了上述高速切割時(shí)出現(xiàn)的不等長(zhǎng)等問(wèn)題。20PM的主要特點(diǎn)：
�。�1）20PM適用于高速、高精度、高復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合；
�。�2）多段速執(zhí)行及中斷定位；
�。�3）64K 大容量, 內(nèi)置Flash存儲(chǔ)體；
�。�5）兩組差分脈沖輸出，最高脈沖輸出達(dá)500KHz；
（6）兩組手搖輪控制；
�。�7）內(nèi)置電子凸輪CAM功能，輕松實(shí)現(xiàn)繞線、飛剪、追剪等應(yīng)用；
（8）支持PLC順序邏輯控制及NC控制(G 碼與M碼)。
3 切割機(jī)軟件設(shè)計(jì)
3.1 I/O定義
X0計(jì)數(shù)光電
X1裁刀啟動(dòng)
X2裁刀停止
X3護(hù)保護(hù)
X4直流馬達(dá)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(dòng)
Y3推線
Y4蜂鳴
Y5裁切指示燈
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DOG0 |
切刀原點(diǎn) |
FP0+ |
切刀軸差分脈沖輸出 |
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LSN1 |
后左光電檢測(cè) |
FP0- |
切刀軸差分脈沖輸出 |
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LSP1 |
后右光電檢測(cè) |
RP0+ |
切刀軸差分脈沖輸出 |
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DOG1 |
本地/遠(yuǎn)程 |
RP0- |
切刀軸差分脈沖輸出 |
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STOP1 |
急停 |
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START1 |
前光電檢測(cè) |
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A0+ |
計(jì)長(zhǎng)編碼器位置A+相脈沖回饋 |
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A0- |
計(jì)長(zhǎng)編碼器位置A-相脈沖回饋 |
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B0+ |
計(jì)長(zhǎng)編碼器位置B+相脈沖回饋 |
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B0- |
計(jì)長(zhǎng)編碼器位置B-相脈沖回饋 |
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3.2 飛剪程序設(shè)計(jì)過(guò)程
在利用20Pm飛剪功能寫(xiě)程序的時(shí)候需要按照以下步驟來(lái)進(jìn)行：
利用DTO指令來(lái)完成飛剪數(shù)據(jù)的給定 
程序中需要計(jì)算填充數(shù)據(jù)D100-D112，其參數(shù)定義如下：
D101..D100主軸長(zhǎng)度
D103..D102從軸長(zhǎng)度
D105..D104從軸同步長(zhǎng)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(jì)算過(guò)程如下：
(1)D100計(jì)算:
D210裁切長(zhǎng)度
D222計(jì)米輪周長(zhǎng)
D212計(jì)米輪線數(shù)
D224實(shí)際計(jì)米輪總脈沖數(shù)
D226裁切長(zhǎng)度脈沖數(shù)
D100=D226=D224=D210/D222*D212
(2)D102計(jì)算:
D416切刀輪脈沖x D426速比= D200切刀輪脈沖=(D102)
(3)D104計(jì)算:
D200切刀輪脈沖x D172同步范圍= D204同步脈沖=(D104)
(4)D106倍率計(jì)算推導(dǎo)過(guò)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(shí)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(jí)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(diǎn)等待
8：D112結(jié)果ok
以上部分完成了D100-D112的計(jì)算填充數(shù)據(jù)過(guò)程，也就是完成了飛剪程序部分設(shè)計(jì)，
3.3 飛剪程序運(yùn)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(diǎn)狀態(tài)b5DOG原點(diǎn)信號(hào)來(lái)計(jì)數(shù)點(diǎn) D50LDPm125無(wú)效
D1816=530原點(diǎn)回歸 DOG 下降沿檢測(cè)原點(diǎn)回歸方向 A/B 相脈沖
D1828 X軸原點(diǎn)回歸速度
D1830 X軸原點(diǎn)回歸減速速度
D1832 X軸零點(diǎn)信號(hào)數(shù)N
D1833回原點(diǎn)后X軸補(bǔ)充距離P k0
D1838X軸目標(biāo)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(yùn)動(dòng)模式啟動(dòng)
D1846=40原點(diǎn)回歸模式啟動(dòng)
D1846=2000插入單段速定位運(yùn)動(dòng)模式啟動(dòng)
經(jīng)過(guò)上面的分析將分析過(guò)程寫(xiě)成程序即完成了主體程序設(shè)計(jì)，其它各種安全保護(hù)和附加功能同WPL程序編寫(xiě)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(duì)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(lái)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(lái)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?cè)O(shè)定200點(diǎn)：
�。�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(yùn)動(dòng)脈沖量，主軸的位移量(脈沖數(shù)) 是裁切長(zhǎng)度，在主軸運(yùn)動(dòng)過(guò)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(jī)中，主軸（送料）不由20PM控制，但其運(yùn)動(dòng)由計(jì)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(yùn)動(dòng)關(guān)系。裁切曲線動(dòng)態(tài)調(diào)整介紹CAM曲線可以做到程序中實(shí)時(shí)進(jìn)行修改，裁切曲線動(dòng)態(tài)調(diào)整是通過(guò)FROM/TO指令來(lái)完成，只要在裁切周期完成之前寫(xiě)入即可在下一個(gè)周期自動(dòng)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(duì)加減速平滑的需求。
4 結(jié)束語(yǔ)
基于臺(tái)達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)控制器的線纜定長(zhǎng)切割設(shè)備已調(diào)試完成并正常運(yùn)行，裁切重復(fù)精度達(dá)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(jī)。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(chǎng)合。
DVP20PM是臺(tái)達(dá)PLC家族中運(yùn)動(dòng)型控制器，具有強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，可輕松完成各種二軸、三軸運(yùn)動(dòng)控制，特別適合對(duì)位置控制和實(shí)時(shí)響應(yīng)有較高要求的高速定位應(yīng)用場(chǎng)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(jī)床、線纜切割等行業(yè)。
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