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    摘  要：介紹臺達DVP-20PM00D運動控制器電子凸輪（CAM）功能，闡述高速肥皂切割機工作原理、工藝要求及相關控制程式概要。

    關鍵詞：運動控制器，電子凸輪，伺服控制，CAM Table，高速脈沖。

　　一、 前言

　　本文介紹的是高速肥皂切割機，可以在線切割各種長度的肥皂，可以兩種方式切割.一是定長方式,設定好需要的長度,然后,隨著,肥皂出條機的快慢,自動切割出精確度很高的等長的肥皂,然后,再把切割后的肥皂放到打印機里印字。二是定位套花方式,出條機出來的肥皂,經過一印花輪,印上產品標識,要求切割在每個標識中間,并且克重要準，兩種方式均要求克重誤差小,切口垂直。無論是以上哪種方式，都可歸結為飛剪控制，總的要求是切刀要與

　　出料速度同步，切的定長要準。兩種方式的區別在于跟隨開始部分，定長方式只要啟動跟隨，

　　從軸就采集主軸脈沖，按CAM表運行。定位方式在于，開始時等到一個外部接近開關啟動信號，然后才按定長方式走，不過，定位模式這個定長是固定的，等于印花輪周長處以印花數，可在線調整開始跟蹤的位置。

　　二、 高速切割機機構和原理

　　1、設備結構

　　高速切割機共包含以下部分機構，分述如下：

　　（1） 機架

　　機架由角鋼框架及不銹鋼臺面組成，并設置腳輪便于移動，當設備到位后可將支腳調低作為穩定支撐。

　　（2） 測量機構

　　安裝于皂條出來部分，如圖所示A，同軸聯接一2500線的A/B相的差分編碼器,測量皂條的出條速度,及長度。是電子凸輪運動中的主軸。

　　（3） 切刀機構

　　主要由臺達B系列2000W伺服電機、傳動機構組成，是電子凸輪運動中的從軸。

　　（4） 皮帶傳動

　　包括臺達B系列750變頻電機、傳動皮帶等，要求皮帶速度跟蹤出條速度,同步升降速。

　　（5） 電氣控制

　　包含電氣控制箱、觸摸屏操作盒。采用DVP-20PM00D運動控制器作為控制核心，觸摸屏作為人機交換，伺服電機作為執行機構，實現肥皂切割的精確控制。 

　　2、設備工藝流程

　　啟動切刀回原點→選擇模式(定長或套花定位)→設定參數→跟隨啟動→循環生產

　　3、電氣系統配置

　　電氣控制主要包括切刀、皮帶速度動作控制部分。具體配置如下：

運動控制器	臺達DVP-20PM00D
編碼器	臺達EH3-25LG8845
觸摸屏	臺達DOP-A57BSTD
伺服電機及驅動器	臺達ECMA-C30602ES、ASD-B0221-A
變頻電機及驅動器	臺達ASDB
接近開關1
接近開關2

　　三、 飛剪控制及電子凸輪功能應用介紹

　　1、飛剪控制電子凸輪的應用方案

　　國內現在一般普通肥皂切割機控制原理（無論是采用AB  MICROLOGIX1500 或 OMRON

　　CP1H) 均是采用如下方案：   

　　內置高速脈沖輸入輸出功能的小型PLC，分別通過兩個編碼器輸入到PLC內置兩個高速輸入點，一個高速輸入編碼聯一定長的壓輪,如圖 中B點所示，采集皂條的線速度,采集來的脈沖頻率乘以一定的速比,然后作為輸出高速脈波驅動伺服,將切刀動作速度與皂條的線速度的速比進行簡單速度同步，達到切面垂直,另一高速輸入編碼器,與印花輪傳動連在一起,如圖中A點所示，這個編碼器的數值與預設長度(或套花長度)的數值比較,達到預設值時，比如650PULSE,產生中斷,使能高速脈沖輸出,也就是使切刀動作。這種方法切刀動作總是在滯后動作，受線速度，PLC運算影響，同步精度差，計算量大，CPU處理時間較長，因此會出現克重不均勻等問題，嚴重影響成品的質量。在低速的情況下尚可基本達到要求，但是對于高速時就會切面不齊整，克重誤差很大,成品品質低下。

　　本方案高速切割機的飛剪功能在于20PM電子凸輪的應用，如下圖所示，在刀輥的周長上被劃分為同步區域和非同步區域，設置了加速位置，同步起始位置、切割位置、同步結束位置、參考點位置，這些都是根據線速度V和裁減長度L、壓花輥周長C等由PM計算的結果，在20PM內生成CAM曲線，測量的高速編碼器信號直接接入到PM的編碼器輸入，不作運算,直接按PM內的寄存器數據軌跡走，因此系統的響應速度非常快。因此保證了切割速度同步，切割長度的精度。　

2、電子凸輪的實現方式

　　（1）獲取主軸位置；

　　獲取主軸位置有多種方法：一是采用虛擬軸，計算簡單準確；二是從主軸編碼器或伺服脈沖獲取，將主軸編碼器信號進行處理；三是從測量編碼器獲取。獲得編碼器信號之后，將其換算成主軸位置。這個飛剪系統采用的是第三種方案。　　

由編碼器脈沖獲取主軸位置

　　（2）實現主從軸的嚙合

　　實際上是定義主從軸之間的關系（稱之為cam table）。cam table有兩種方法表述：一是采用X、Y的點對點關系；二是采用兩者的函數關系。cam table的獲取也有多種途徑：根據實際工作中測量到的點與點之間的對應關系，根據主從軸的標準函數關系。cam table可以定義多個cam曲線。關系確定和實現后，根據主軸的位置，就能得到從軸的位置。在20PM控制器內，CAM曲線既可通過手動編程時生成也可通過程序自動生成。本系統通過程序自動生成。

　　3、臺達20PM運動控制器電子凸輪功能介紹

　　臺達20PM運動控制器除了實現直線/圓弧插補以及定位功能之外，內嵌了電子凸輪功能，使其可以應用在多種運動控制場合。

　　20PM為2軸運動控制器，具有2路500KHz的輸入與輸出，在電子凸輪功能中定義X軸為從軸，編碼器輸入軸為主軸，當定義好cam table后，從軸依據定義的曲線跟隨主軸運動。臺達DVP-20PM00D是一款專用運動控制型PLC，采用高速雙CPU結構形式，利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等，在高速肥皂切割機中正是利用了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的不垂直、不等長等問題。　

　　運動控制器DVP-20PM00D

　　下圖是電子凸輪設定的軟件界面。 

　　在軟件中我們可以清楚地利用圖形方式設定、修改電子凸輪曲線。當我們點擊進入資料表單設定按鈕時會彈出下面的區段設置表。使用者需先設定Start Ang, End Ang, Stroke以及透過下拉式選單選取CAM curve（具有連續、正弦、勻加速等6種曲線，并可加入其他標準曲線和自定義曲線）,在設定完成后按下Setting completed按鈕, 即可在主畫面繪制位移, 速度, 加速度坐標圖

　　下圖是以高速肥皂切割機為例的電子凸輪曲線圖，采用程序自動生成，以下是自動生成CAM表的相關參數。

　　D0=k10000 _ 建立飛剪CAM data

　　D101..D100 _ 整數格式主軸長度,

　　D103..D102 _ 整數格式從軸長度

　　D105..D104 _ 整數格式從軸同步長度

　　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  結果(0 ok, 1 條件無法滿足, 2 CAM長度不足)

　　計算主從軸關系算式：

　　定位套花方式：

　　主軸轉一圈的PULSE=2500,如分四個印花，則每個印花L=2500/4=625, 將D101=625,

　　從軸轉一圈所需脈波數=800；將D103=800,(這個800PULE,還需乘以伺服的電子齒輪比

　　22940/440,為從軸實際走的脈沖數)

　　從軸同步長度為D104=700,

　　從軸同步倍率，D106=2.55(這個倍率，跟據印花輪的直徑，不同而不同，實際計算公式

　　為892.96/［2500/(3.14*D)］)這是按印花輪D=118.7MM運算而得。

　　得到以上參數，按下M0就可生成飛剪的凸輪曲線圖，快捷方便，用戶更換印花數及輪子，只需在HMI上改變，曲線立刻從新生成。

　　   定長模式，只不過D101可以隨意設置，不用由輪子和花數固定 ，用戶設600PULSE也

　　可，設1000PULSE也可。

　　生成 曲線后剩下的只是循環跟隨了

　　四、 電氣控制

　　1、 系統I/O表

X0	啟動并歸原點	FP0+	差分脈沖輸出
X1	急停	FP0-	差分脈沖輸出
DOG0	切刀原點	RP0+	差分脈沖輸出
START0	外部CAM啟動	RP0-	差分脈沖輸出
A0+	A+相脈沖反饋	AO+	模擬輸出+
A0-	A-相脈沖反饋	AO-	模擬輸出—
B0+	B+相脈沖反饋	Y0	切刀使能
B0-	B-相脈沖反饋	Y1	皮帶傳動使能

　　2、 上位觸摸屏控制

　　觸摸屏主要用于人機對話，對設備相關參數進行設置以及顯示設備運行過程中動作狀態和主要參數。

　　（1）手動操作畫面：

　　實現調機時的手動調整，同時可通過“回原”按鈕將從軸回歸機械原點，便于操作。

　　（2）定長操作畫面

　　可預設切皂長度，顯示切皂速度，切皂塊數。　　

　　（3）定位方式畫面

　　主要用于讀取定位時的皂條速度、皂條塊數等參數，以及定位啟動的控制。　

　　（3）參數設置畫面

　　主要用于設置壓花輪直徑，花數，印花時起步的偏差調整，以及皮帶自動跟蹤的增益。 

　　3、 程序設計

　　程序設計的關鍵在于CAM表參數的自動計算以及CAM表的生成。

　　參數計算梯形圖如下：　

　　CAM表的生成在前面已重點介紹，以下是實際程序，以及變換定長，印花輪外徑的CAM截圖。

    CAM1為套花模式，直徑為118.7,套花數為4，實際D100=625，D106=2.55,D104=700

　　CAM2為套花模式，直徑為80.0,套花數為4，實際D100=625，D106=1.72,D104=700

　　DCAM1為定長模式直徑為150.0,定長100,實際D100=534,D106=3.226,

　　DCAM2為定長模式直徑為65.0,定長100,實際D100=435,D106=2.55

　　由以上圖例可以看出在用戶任意變換印花輪直徑,以及變換花數,變換皂條長度,從新生成CAM圖是很方便的. 目前系統已使用，在線高速切割精確度很高,

　　五、 結束語

　　此外，電子凸輪功能不僅僅可以應用在肥皂切割機控制中，通過變換不同的控制曲線，該功能廣泛應用于各種較高要求的運動控制中，例如：包裝機行業中的飛剪，機床行業中的飛鋸，印刷機行業中的電子軸裁切及套印，紡機行業中的精密絡筒繞線等等。

　　CAM功能也可以擴展到更多的應用領域及應用狀況，例如：園壓圓模切、圓壓圓燙金系統的動作也是需要一個同步區域進行模切、燙金。不干膠標簽印刷的同步控制等諸多應用中，也會使用到電子凸輪CAM功能。

　　 在紡織機械中電子凸輪細紗機、包裝機械的連續灌裝動作、立式包裝的橫切熱封動作、金屬加工中的彈簧變徑加工、剪板折彎等中都會使用到CAM功能。