臺(tái)達(dá)運(yùn)動(dòng)控制器20Pm在線纜裁割機(jī)上的應(yīng)用
摘要:
本文主要介紹臺(tái)達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)控制器在線纜裁切行業(yè)的數(shù)控裁割機(jī)中的應(yīng)用,線纜裁割機(jī)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(gè)問題,利用臺(tái)達(dá)20PM內(nèi)置飛剪功能出色完成了各項(xiàng)需求,實(shí)現(xiàn)輸送和裁切速度同步,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)鍵字:臺(tái)達(dá)20PM專用控制器 程序設(shè)計(jì) 凸輪功能 飛剪 動(dòng)態(tài)CAM曲線,平滑加減速
一:概述
高速裁線機(jī)是應(yīng)用于線纜行業(yè)的定長(zhǎng)裁切設(shè)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(zhǎng)度定長(zhǎng)切斷,以便做各種接插件等。由于目前的電纜原材料價(jià)格不斷上漲,對(duì)裁線機(jī)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(dá)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(jì)數(shù)功能,采集編碼器的頻率信號(hào)及長(zhǎng)度,在長(zhǎng)度達(dá)到的情況下,產(chǎn)生中斷,發(fā)一脈沖信號(hào),這個(gè)脈沖的頻率就是采集的編碼器的頻率,控制切刀伺服動(dòng)作。由于每次切刀動(dòng)作總是在滯后動(dòng)作,產(chǎn)生誤差不可避免。本文敘述的方法是采用20PM自動(dòng)生成飛剪凸輪曲線控制,實(shí)際控制精度達(dá)到1MM.以內(nèi)。
二 高速裁線機(jī)結(jié)構(gòu)和原理
1實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)及外形
如上圖所示,左圖為一測(cè)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(hào)控制送料速度,剪切單元由20PM,根據(jù)TP設(shè)定的長(zhǎng)度,以及編碼器反饋的物料的速度和位置,控制剪切伺服動(dòng)作,對(duì)線纜進(jìn)行定長(zhǎng)裁切。20pm硬件具有500K的高速輸入與輸出脈沖,完全適應(yīng)高速的響應(yīng)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(shí)一定要與物料速度同步,如果接觸時(shí)切刀速度大于同步速度,出現(xiàn)對(duì)物料一個(gè)向前牽扯的力,會(huì)照成物料切面不平,如果速度低于物料速度,會(huì)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(shè)置較大的同步區(qū)就會(huì)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(zhǎng)度小于刀周長(zhǎng)的情況下更加嚴(yán)重,這使電機(jī)、機(jī)臺(tái)、切刀的沖擊都很大,而且容易導(dǎo)致伺服過流報(bào)警,設(shè)備無法正常運(yùn)行。因此必須有適合的同步區(qū)和倍率設(shè)置才能保證設(shè)備最優(yōu)化運(yùn)行,在20PM中設(shè)置有倍率上限限制參數(shù),可按照設(shè)備機(jī)械參數(shù)設(shè)置上限倍率,當(dāng)超過上限時(shí),會(huì)自動(dòng)調(diào)整同步區(qū)與倍率參數(shù),保證設(shè)備正常運(yùn)行。
由下圖比較可以看出同步區(qū)與倍率的關(guān)系。點(diǎn)劃線部分表示速度的面積積分為位置需要相等。

其次,對(duì)需要裁切的長(zhǎng)度與切刀的周長(zhǎng)也有很大關(guān)系。分述如下,
在剪斷長(zhǎng)小于刀周長(zhǎng)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(zhǎng)大于1倍刀周長(zhǎng)并小于2倍刀周長(zhǎng)的情況下,剪斷動(dòng)作完成后,切刀減速,根據(jù)長(zhǎng)度,不一定減速到停,然后再加速到同步進(jìn)行下一次剪切。做為特例在剪斷長(zhǎng)度等于刀周長(zhǎng)時(shí)切刀勻速運(yùn)動(dòng)
在剪斷長(zhǎng)大于2倍刀周長(zhǎng)情況下(這也是最常見的一種情況),在一個(gè)周期中,刀刃在剪斷同步完成后,減速到停止,等待一定長(zhǎng)度過去后,啟動(dòng)下次裁切。
其對(duì)應(yīng)的主從軸電子速度曲線分別如下圖

需要對(duì)這個(gè)圖加以說明的是這是主從軸的速度關(guān)系圖,在實(shí)際程序中,實(shí)際的電子凸輪關(guān)系
完全應(yīng)是主從軸位置對(duì)位置一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過速度關(guān)系生成電子凸輪,是20PM一項(xiàng)很實(shí)用的功能,這項(xiàng)功能可通過填表手動(dòng)生成,也可通過指令自動(dòng)生成。
下圖為切刀周長(zhǎng)與設(shè)定長(zhǎng)度完全一致是主從軸的位置關(guān)系
同步完成
下圖為設(shè)定長(zhǎng)度大于切刀周長(zhǎng)時(shí)的電子凸輪
下圖為設(shè)定長(zhǎng)度小于切刀周長(zhǎng)時(shí)的電子凸輪

從上述我們可以看到,一旦主從軸關(guān)系對(duì)應(yīng)好,在20PM內(nèi)部就有一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)區(qū)對(duì)應(yīng)
主從軸的數(shù)據(jù),實(shí)際運(yùn)行時(shí)完全按照這個(gè)凸輪表運(yùn)行,不需經(jīng)過程序掃描,響應(yīng)速度及時(shí)。
四 程序設(shè)計(jì)介紹
整個(gè)程序結(jié)構(gòu)包括初始化、參數(shù)計(jì)算、裁切曲線動(dòng)態(tài)調(diào)整、原點(diǎn)回歸和點(diǎn)動(dòng)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(gè)簡(jiǎn)單介紹
D1816:X軸基本參數(shù)設(shè)定,包括單位系、脈沖型式、坐標(biāo)系、原點(diǎn)回歸方式等設(shè)定
D1846:X軸控制命令,根據(jù)不同的值執(zhí)行不同命令動(dòng)作,裁板機(jī)用到H40(回原點(diǎn))、H2000(連續(xù)CAM模式)
D1864:主軸脈沖輸入方式及倍頻設(shè)置、響應(yīng)時(shí)間設(shè)置
D1799:輸入點(diǎn)極性設(shè)置
D1800:輸入點(diǎn)狀態(tài)
M1035:置位后將內(nèi)部定義輸入點(diǎn)釋放作為普通點(diǎn)
D1832:原零點(diǎn)(PG0)信號(hào)數(shù)N
D1828:原點(diǎn)回歸速度
D1830:原點(diǎn)回歸減速速度
D1812:CAM數(shù)據(jù)初始化完畢
D1813:CAM運(yùn)動(dòng)周期完成
M1748:CAM運(yùn)動(dòng)周期暫停
裁切參數(shù)計(jì)算介紹
參數(shù)計(jì)算部分主要包含裁切長(zhǎng)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(jì)算,下面以倍率計(jì)算為例介紹:
假設(shè):
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(jì)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(jī)械參數(shù)帶入即可計(jì)算出倍率。
裁切曲線動(dòng)態(tài)調(diào)整介紹
裁切曲線動(dòng)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(gè)周期自動(dòng)變換。
以下是自動(dòng)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(zhǎng)度,
D103..D102 _ 整數(shù)格式從軸長(zhǎng)度
D105..D104 _ 整數(shù)格式從軸同步長(zhǎng)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(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(zhǎng)度不足)
所以實(shí)際程序做飛剪時(shí)只需把以上參數(shù)根據(jù)機(jī)械及工藝算出,執(zhí)行指令即可
下圖為機(jī)械及工藝算出的D100-D108的值

下圖為建立動(dòng)態(tài)飛剪指令及執(zhí)行
五 結(jié)束語
目前設(shè)備已調(diào)試完成并正常運(yùn)行,20PM飛剪功能成功應(yīng)用于數(shù)控裁線機(jī)。通過這個(gè)案例,我們可以把它推廣到其他類似需要物料持續(xù)進(jìn)給不停機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)或定位裁切功能
場(chǎng)合。比如對(duì)鋼卷,鋁帶定長(zhǎng)裁切,對(duì)瓦楞紙旋切木板旋切等。










