摘要：所謂可變同步區(qū)長度，就是一旦同步時切刀完成信號到達(dá)，立即結(jié)束同步。本文介紹臺達(dá)DVP-20PM00D運(yùn)動控制器電子凸輪（CAM）功能，闡述通用高速追剪工作原理，以及相關(guān)工藝要求及相關(guān)控制程序概要，總結(jié)最新可變同步區(qū)長度的追剪通用實(shí)現(xiàn)方法。

　　【關(guān)鍵詞】運(yùn)動控制器，電子凸輪，CAMTable，可變同步區(qū)長度，追剪

　　【前言】

　　本文主要介紹臺達(dá)20PM運(yùn)動控制器電子凸輪功能在可變同步區(qū)長度高速追剪系統(tǒng)的應(yīng)用。追剪控制，過去做法是整體規(guī)劃出追蹤到返回的曲線，在同步時是預(yù)留足夠的同步時間，等切刀切斷，如果切刀沒切斷則保持同步，直到報警。現(xiàn)在客戶的普遍做法是，只規(guī)劃一個飛剪曲線，在切斷后，結(jié)束同步，高速返回，下次長度到再次啟動電子凸輪?，F(xiàn)在的做法，可節(jié)省同步時間，同步區(qū)的長度可根據(jù)實(shí)際外部切斷信號而改變，具有更大靈活性。目前，應(yīng)用追剪的系統(tǒng)越來越多，遍布各行業(yè)，有包裝行業(yè)的護(hù)角，建筑行業(yè)的鋼管鋼筋追鋸等，臺達(dá)DVP-20PM均有了大量成功案例。

　　【正文】

　　一、設(shè)備一般結(jié)構(gòu)

　　圖1設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

　　如圖1示意，通用追剪機(jī)構(gòu)一般包含以下部分機(jī)構(gòu)：

　?。?）執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　在裁切系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是切刀，切刀是由液壓推進(jìn)，主要由一個進(jìn)刀電磁閥和一退刀電磁閥控制切刀的上下；在飲料罐裝系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為填充裝置。

　?。?）測量機(jī)構(gòu)

　　安裝于出口部分，同軸聯(lián)接一2500線的A/B相的差分編碼器，測量進(jìn)料的速度及長度，是電子凸輪運(yùn)動中的主軸。

　?。?）追蹤機(jī)構(gòu)

　　主要由臺達(dá)伺服傳動機(jī)構(gòu)組成（功率大的可選VE系列變頻器），由20PM00D的X軸輸出控制，是電子凸輪運(yùn)動中的從軸。

　　（4）進(jìn)料傳動

　　進(jìn)料傳動是由變頻電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)組成。

　　二、追剪控制及20PM運(yùn)動控制器電子凸輪功能應(yīng)用介紹

　　1、追剪曲線構(gòu)成

　　圖2：常規(guī)追剪系統(tǒng)的運(yùn)作步驟

　?。?）追速狀態(tài)（RampuptoTracking）：送料持續(xù)進(jìn)行，20PM運(yùn)動控制器在偵測輸入材料之長度及當(dāng)時送料速度的同時，指揮伺服電機(jī)依照S曲線加速至與進(jìn)料速度同步；在進(jìn)入同步速度的瞬間，鋸/切臺與材料的動態(tài)相對位置已經(jīng)整定完成。接著便進(jìn)入同步狀態(tài)。

　?。?）同步狀態(tài)（SyncronizedZone）：一旦進(jìn)入同步狀態(tài)，20PM運(yùn)動控制器立刻送出同步信號(CLEAR)給執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)，要求執(zhí)行切斷或罐裝動作。同時，運(yùn)動控制器依然持續(xù)偵測進(jìn)料長度及進(jìn)料速度，隨時保持鋸/機(jī)臺與材料之間的動態(tài)相對位置不變；如此才能確保裁切斷面的平整或罐裝的準(zhǔn)確。當(dāng)執(zhí)行完成之后，機(jī)構(gòu)返回自動退出，并發(fā)出完成信號(CUTend)。

　?。?）減速狀態(tài)（RampdownStop）：20PM運(yùn)動控制器指揮伺服電機(jī)依照S曲線減速直到完全停止。同時，仍然持續(xù)偵測并累計進(jìn)料長度。一旦伺服電機(jī)完全停止，接著立刻進(jìn)入回車狀態(tài)。

　　（4）回車狀態(tài)（ReturnHome）：回車過程中，20PM運(yùn)動控制器仍持續(xù)偵測并累計進(jìn)料長度。

　?。?）待機(jī)狀態(tài)：回車完成之后20PM運(yùn)動控制器系統(tǒng)自動進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待下一循環(huán)的開始。

　　常規(guī)的動作如上圖所示。整體規(guī)劃好高速追蹤與高速返回的完整曲線，是過去的解決方案，現(xiàn)在客戶大都需求在同步去啟動切刀動作切斷完畢后，不需再同步。立即降速停車，然后高速返回，返回時無需按照主軸的速度同步倍率。基于此。臺達(dá)推出了行業(yè)通用模版程序，客戶只需改變相應(yīng)參數(shù)即可達(dá)到所需控制要求。

　　2、兩種生成同步飛剪曲線的方法

　　接下來要做的第一步是生成一個飛剪凸輪曲線。因?yàn)榍懊嫱角袛嗤瓿珊?，就脫離凸輪模式，進(jìn)入單段速高速定位返回。返回時，就脫離了凸輪模式。下面介紹生成飛剪曲線的兩種方法。兩種方法都可以，依據(jù)用戶使用習(xí)慣選擇。

　　我們熟知的凸輪關(guān)系是主軸和從軸一一對應(yīng)位置關(guān)系，如何從主軸位置和從軸的速度關(guān)系產(chǎn)生是主軸和從軸一一對應(yīng)位置關(guān)系，是要解決的重點(diǎn)。目前解決方法主要有兩種，分別敘述如下

　?。?）通過20PM的編程軟件，生成圖形

　　步驟一：PMSOFT軟件有個CAMCHART，使我們可以清楚地利用圖形方式設(shè)定、修改電子凸輪曲線。提醒大家注意的是必須建立兩個CAM,分別為CAM0，CAM1。兩個CAM表解析度設(shè)為一樣，比如300點(diǎn)．之所以要設(shè)兩個CAM表，主要是為了需用多凸輪模式。后續(xù)介紹到只有在多凸輪模式下才可以，執(zhí)行切斷信號后，把D1846=K0降速停車。后續(xù)結(jié)合程序詳細(xì)介紹。

　　圖3：PMSOFT軟件界面

　　步驟二：雙擊CAM0進(jìn)入資料表單會彈出下面的區(qū)段設(shè)置表。在左邊一列設(shè)主軸長度，右邊設(shè)對應(yīng)的同步倍率，也可以理解成齒輪比。同步倍率的計算，假設(shè)本測量系統(tǒng)編碼器為2500線，測量輪為51MM，伺服轉(zhuǎn)一周需10000PULSE，伺服與導(dǎo)軌聯(lián)結(jié)為4：1的減速帶輪，導(dǎo)軌牙距為30MM，通過以上參數(shù)，我們可以計算出要達(dá)到線速度同步，輸入脈沖與輸出脈沖的頻率比例關(guān)系。

　　V1=F1*3.14*51/（2500）

　　V2=F2*30/(4*10000)

　　由于V1=V2,所以

　　F2:F1=3.14*20000*51/40*2500=21.35

　　因此考慮到PLC發(fā)出頻率，與伺服接受頻率的合理性，我們把伺服齒輪比設(shè)為10，填表設(shè)為2.2，如下圖所示。分別為在測量軸600PULSE達(dá)到速度同步，一直同步到6900PULSE,然后是，降速到零，（這里的同步長度設(shè)的比較長是因?yàn)榭紤]用戶執(zhí)行機(jī)構(gòu)切刀或罐裝時間延遲，必須有足夠長的同步區(qū)滿足，）這里的參數(shù)可根據(jù)實(shí)際機(jī)械負(fù)載，機(jī)臺長度，機(jī)器速度等靈活設(shè)置，比如說，切刀或罐裝速度比較快，不需要在600PULE同步，完全可縮小同步區(qū)，以便使伺服加減速時間更長等。

　　圖4：區(qū)段設(shè)置表

　　步驟三：點(diǎn)DRAW按鈕，生成主軸位置與從軸速度的曲線圖，生成的圖形是按照主軸位置和從軸的速度關(guān)系，并不是主軸和從軸一一對應(yīng)位置關(guān)系，比較上圖與下圖正式追剪曲線的區(qū)別可發(fā)現(xiàn)，需把幾個圖形依次下移。

　　圖5：主軸位置與從軸速度的曲線圖

　　要生成主軸和從軸一一對應(yīng)位置關(guān)系必須按下export按鈕，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，然后把數(shù)據(jù)再作為速度信號導(dǎo)入，即再按下importspeedDATA按鈕，就自動生成了上圖主軸與從軸的位置關(guān)系，速度關(guān)系，加速度關(guān)系圖，然后將程序下載啟動，追速過程就會按此圖執(zhí)行。

　　（2）通過20PM的指令，生成圖形。

　　上述通過軟件生成曲線，是過去20PM的通用過程，隨著客戶的要求，開發(fā)了更易使用的方式通過指令生成追剪曲線方式。

　　DTOK100D0D100K7

　　D0=k10000_建立飛剪CAMdata

　　D101..D100_整數(shù)格式主軸長度,(可為負(fù)數(shù))

　　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(diǎn)格式從軸同步倍率

　　D109..D108_浮點(diǎn)格式從軸最高倍率限制

　　D110_曲線選擇(0constspeed,1constAcc,2SingleHypot,3Cycloid)

　　+0x8000接續(xù)前次資料

　　,+0x4000不動態(tài)變更

　　,+0x2000產(chǎn)生同步區(qū)頭D103..102尾D105..104)

　　ßD111結(jié)果(0ok,1條件無法滿足,2CAM長度不足)

　　通過簡單幾行程序，填入必要的參數(shù)就可以生成通過手工生成的飛剪曲線。這樣應(yīng)用更有靈活性。尤其對于有些工藝如紙管追切，需要經(jīng)常跟換管徑，也就相當(dāng)于變換測量輪直徑的場合。

　　三、利用高速撲捉輸出及飛剪凸輪實(shí)現(xiàn)追剪動作

　　上文介紹了生成兩種飛剪凸輪曲線的方法，下面接著介紹整體動作實(shí)現(xiàn)。

　　這里首先需要說明的20PM電子凸輪運(yùn)行形式，分成單凸輪模式與多凸輪模式。顧名思義其中的區(qū)別是單凸輪模式只是運(yùn)行一個凸輪軸（X軸），多凸輪模式可以運(yùn)行幾組多凸輪（X,Y,Z)但是，并不僅僅區(qū)別在這里。按理說，本文凸輪只有一個軸，應(yīng)采用單凸輪模式。實(shí)際并不如此。

　　單凸輪模式具有的模式是曲線可動態(tài)變更，輸入脈沖設(shè)定形式為D1864.但是不具備判斷切刀切斷信號到了后減速停車功能。其通過指令生成的曲線一旦固定無法，干預(yù)其從軸根據(jù)主軸的運(yùn)行速度。也即切斷信號到了，從軸同步曲線未結(jié)束，仍會繼續(xù)往前走完曲線多凸輪模式，可三軸X,Y,Z任意選擇。也即可只運(yùn)行組多凸輪。每個軸的允許，可通過D1847,D1927到D2007設(shè)定。最大的優(yōu)點(diǎn)是是每個軸的最高跟蹤頻率可設(shè)。假設(shè)，同步區(qū)切斷信號到了?？闪⒓窗袲1840=0，同步軸就會減速停車。

      所以，本文采用多凸輪模式。多凸輪模式的計數(shù)主軸信號為C200，所以啟動凸輪時，需同時把C200前面的觸點(diǎn)ON。把測量輪編碼器同時接到2個手搖輪輸入，一個作為凸輪跟隨，C200，(接線為A0，B0),一個作為長度計長，C204，(接線為A1，B1),第一次啟動時，同時，凸輪離合，及C204計數(shù)清零，達(dá)到同步區(qū)后，輸出切刀信號，當(dāng)切斷信號到時，把D1840給零，讓追蹤伺服降速停車。判斷D1850,等于零后，也就知道當(dāng)前從軸已降速到零停止后。斷開電子凸輪，C204不斷開。計數(shù)料長仍然繼續(xù)。然后單段速讓從軸伺服高速回零。當(dāng)C204的值與預(yù)設(shè)長度相等，則，再次啟動凸輪，D1846=H2000，C204復(fù)位從零再次計數(shù)。

　　這里用到C204的高速比較清零。內(nèi)部設(shè)定好需要切斷長度，等長度到了C204的值由高速比較設(shè)置好后自動清零，同時輸出CLR0信號，CLR0接到START0，切入到20PM的外部高速中斷，啟動中斷程序INT1，INT1立即啟動電子凸輪同步跟蹤。

　　然后，周期如上循環(huán)。

　　四、程序詳細(xì)介紹

　　下面對每行程序做一詳細(xì)介紹。

　　D1816為X軸也就是追剪軸的輸出參數(shù)設(shè)置，H430的意思為歸原點(diǎn)是上升沿促發(fā)，輸出為脈沖加方向。M1035為四個外部特殊輸入點(diǎn)(START0,STOP0,START1,STOP01，作為普通點(diǎn)使用。

　　MOVK3K1M1200，MOVK3K1M1204為設(shè)定C200，C204的計數(shù)形式。為AB相四倍頻。

　　設(shè)定高速比較功能，MOVH524D2,DMOVD4002D4為一組，D2為控制字，D4為數(shù)據(jù)字。

　　對照手冊，由上圖可知，MOVH524D2,DMOVD4002D4為一組，意義為C204大于等于D4002的值時，復(fù)位C204。第二組，MOVH564D6,DMOVK0D8，意義為C20,等于K0的值時，置位C204，允許C204，計數(shù)。

　　這兩組的功能，簡單的說，就是實(shí)現(xiàn)設(shè)置一長度。到時立即復(fù)位。再次循環(huán)計數(shù)。MOVH24D10,DMOVK0D12為一組，意義為C204大于等于K0的值時，輸出CLR0；第二組，MOVH64D14,DMOVK20D16，意義為C204,大于等于K20的值時，復(fù)位CLR0,這兩組的功能，簡單的說，就是實(shí)現(xiàn)C204。到零時輸出一個CLR0，脈寬為20個PULSE.這個CLR0，接到STAR0，用來促發(fā)下次凸輪離合，在中斷1里促發(fā)凸輪合上，D1400的0-4位，分別對應(yīng)允許時間中斷，START0，STOP0，START1，STOP1.比如MOVK2D1400就是允許中斷1.中斷1里的程序如下圖：

　　圖：中斷1里的程序

　　下面的程序?yàn)榘锤袷?，寫入上述定義的控制字。比如修改追剪的長度時，就需要改變上述的數(shù)據(jù)寄存器，重新寫入一次。TOK253K1D0D10.為設(shè)定高速比較輸出功能命令。

　　以上程序?yàn)樵O(shè)定C204的高速計數(shù)，到長度復(fù)位，從新計數(shù)。并且，計數(shù)到位后輸出CLR0，產(chǎn)生中斷啟動電子凸輪。

　　下面的整體過程從M150-M160開始為開始啟動。順序要從下往上看。之所以要倒著順序，便于每次設(shè)ON后，在下個掃描周期了解執(zhí)行狀態(tài)。

　　以上程序全部經(jīng)過測試無刪除，客戶按照圖片鍵入可完全實(shí)現(xiàn)精確高速可變同步區(qū)長度的追剪控制。目前很多伺服系統(tǒng)固定了追剪功能，但是一旦需要改動，就要費(fèi)很大周折。20PM具有普通PLC靈活編程功能，又具有靈活的電子凸輪的功能，可完全使用與于通用與專用高速追剪場合。

　　作者簡介：

　　余強(qiáng)，出生于1969年12月，畢業(yè)于安徽機(jī)電學(xué)院電氣工程系工業(yè)自動化專業(yè)，曾就職于信息產(chǎn)業(yè)部第八研究所和科大創(chuàng)新股份有限公司自動化分公司工程部，現(xiàn)就職于中達(dá)電通股份有限股份有限公司PLC產(chǎn)品開發(fā)處，主要專注于PLC在自動化的高端運(yùn)用，包括各類機(jī)械設(shè)備的精密運(yùn)動控制及工程項目的過程控制的研究與市場開發(fā)。