丹佛斯MCO305運(yùn)動(dòng)控制器的電子凸輪功能在色標(biāo)定長橫切機(jī)上的應(yīng)用 

The Application of Danfoss MCO305 Motion Controller E-CAM Function in Mark fixed Length Across Cutting Machine

摘要：丹佛斯FC300高性能驅(qū)動(dòng)器加上新一代MCO305高速運(yùn)動(dòng)專用控制器，能實(shí)現(xiàn)高精度高響應(yīng)速度的電子凸輪同步控制功能，可以應(yīng)用于紙箱或紙袋機(jī)的色標(biāo)定長橫切上。電機(jī)可以選用異步或同步伺服電機(jī)。支持各種各樣的電機(jī)反饋裝置，從增量編碼器、絕對位置編碼器一直到旋轉(zhuǎn)變壓器。本文就丹佛斯MCO305電子凸輪功能在色標(biāo)定長飛剪上的應(yīng)用加以詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：電子凸輪   色標(biāo)定長飛剪    

Abstract: Danfoss FC300 series high performance servo driver has E-CAM synchronous control function with new generation MCO305 high speed motion control option card. It can be used in mark fixed length across cutting machine needed in bagging or paper box industry. The motor can either be asynchronous motor or synchronous motor. It support all kinds of motor feedback devices, from incremental encoder, absolute encoder to resolver.  The thesis describe the application of MCO305 E-CAM function used in mark fixed across cutting machine in detail.

Keywords:  E-CAM    Mark Fixed Length Cut

引言：定長或色標(biāo)定長紙箱、紙袋橫切機(jī)是紙袋機(jī)和瓦楞紙箱機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備。隨著生產(chǎn)速度和精度要求的提高，對驅(qū)動(dòng)器和控制器的性能和響應(yīng)要求也越來越高。以前的解決方案一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器。丹佛斯公司的FC302伺服驅(qū)動(dòng)器結(jié)合MCO305運(yùn)動(dòng)控制卡提供的電子凸輪色標(biāo)同步功能，為這個(gè)行業(yè)提供了一種一體化的易用的解決方案，用戶只需要設(shè)置幾個(gè)簡單的參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)任意切割長度、任意切割位置的實(shí)際生產(chǎn)需求，操作和調(diào)試也非常簡便。

一、MCO305運(yùn)動(dòng)控制器功能簡介

MCO305硬件I/O端口配置：

• 兩個(gè)編碼器接口

支持增量編碼器，單圈或多圈SSI絕對位置編碼器，Hiperface接口編碼器。

• 10個(gè)數(shù)字量輸入
• 8個(gè)數(shù)字量輸出
• 1個(gè)RS485通訊口
• 1個(gè)CANOpen通訊口
• 另外還可以利用變頻器本體的全部資源。

MCO305與變頻器的通訊結(jié)構(gòu)：

      系統(tǒng)內(nèi)部有兩條通訊總線，一條是SPI總線，速度較高，專門用于傳遞編碼器信號和變頻器速度給點(diǎn)指令；另一條是CAN總線，處理相對來說響應(yīng)要求不高的數(shù)據(jù)和指令。

二、 MCO305運(yùn)動(dòng)控制器電子凸輪功能

      MCO305的電子凸輪同步功能允許用戶按預(yù)先定義好的從軸-主軸位置關(guān)系曲線（電子凸輪曲線），控制從軸運(yùn)行。電子凸輪同步還可以在附帶色標(biāo)修正信號的情況下執(zhí)行，這在紙袋機(jī)中是必須的，因?yàn)橐笄械肚懈铧c(diǎn)正好在色標(biāo)上。

      丹佛斯的編程軟件Aposs內(nèi)含電子凸輪曲線編輯工具，用戶首先填表定義電子凸輪曲線的固定點(diǎn)，然后編譯器借助樣條曲線差補(bǔ)從固定點(diǎn)計(jì)算曲線。編譯器計(jì)算時(shí)根據(jù)轉(zhuǎn)矩最小原理進(jìn)行了優(yōu)化。為了防止在重復(fù)的曲線周期下發(fā)生速度跳變，開始和結(jié)束時(shí)的速度是相等的。

      差補(bǔ)曲線有3次曲線、5次曲線、切線和梯形共4種，電子凸輪切割時(shí)要求切刀速度與主機(jī)線速度同步，同步區(qū)的電子凸輪差補(bǔ)曲線要定義為切線，這樣從機(jī)與主機(jī)的速比就能維持為常數(shù)保持不變。

      電子凸輪曲線輪廓在MCO305內(nèi)部是以數(shù)組方式保存的，用戶可以用DIM指令和SETCURVE命令調(diào)用數(shù)組。電子凸輪同步時(shí)，用戶可以在線修改電子凸輪曲線。新的電子凸輪曲線將在下一個(gè)凸輪周期開始時(shí)自動(dòng)被調(diào)用，用戶不需要操心電子凸輪曲線切換的問題。

三、色標(biāo)定長切割的工藝要求：

色標(biāo)定長切割的工藝要求：

1. 橫切刀連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，橫切刀每旋轉(zhuǎn)一周，被切割材料正好走過一個(gè)定長長度；
2. 切割時(shí)有同步區(qū)，材料線速度與切刀線速度相同；
3. 切斷點(diǎn)正好在色標(biāo)點(diǎn)。

    色標(biāo)定長切割的應(yīng)用中引入電子凸輪同步控制的主要目的是為了以最小的加減速轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)高速定長切割的工藝要求。切刀周長、裁切長度和同步區(qū)寬度將決定電子凸輪曲線的形狀。

      上圖為不同定長時(shí)對應(yīng)的典型電子凸輪曲線例。其中藍(lán)色曲線就是電子凸輪的位置曲線，紅色曲線是速度曲線，中間綠色線段為同步區(qū)域。同步區(qū)的速比是恒定不變的，可以看到，當(dāng)定長較短時(shí)，非同步區(qū)的速比要提高；當(dāng)定長較長時(shí)，非同步區(qū)的速比要減小，以保證切刀旋轉(zhuǎn)周期與主軸定長輸送周期一致。

四、MCO305色標(biāo)電子凸輪同步在色標(biāo)定長切割上的應(yīng)用：

1. 主軸（測速輥）用戶單位參數(shù)設(shè)置：

令主軸用戶單位MU為0.001毫米。

如果主軸測速輥直徑為80毫米，主軸編碼器分辨率為2048 PPR，則每0.001毫米對應(yīng)的QC（4倍頻脈沖數(shù)）為：

變頻器參數(shù)P33-10 ：參數(shù)P33-11 要等于主軸用戶單位系數(shù)。

1. 從軸（滾刀）用戶單位參數(shù)設(shè)置：

令從軸用戶單位UU為0.01°。

如果滾動(dòng)減速機(jī)的齒輪比為63：26，滾刀驅(qū)動(dòng)電機(jī)的反饋編碼器分辨率為2500 PPR，則每0.01°對應(yīng)的QC（4倍頻脈沖數(shù)）為：

變頻器參數(shù)P32-12 ：參數(shù)P32-11 要等于從軸用戶單位系數(shù)。

1. 根據(jù)定長，構(gòu)造電子凸輪曲線：

首先確定主-從軸的同步速比K_sync，如果滾刀直徑D為287 mm，

因?yàn)椋瑥妮S每轉(zhuǎn) = 36000UU = πD (mm) = π×287×1000 MU

所以， K_sync =  =  = 0.03992737

其次設(shè)定同步區(qū)長度，如果令滾刀同步區(qū)長度為50°，即5000 UU，則

主軸同步區(qū)長度 =  = 125227 MU

下面介紹一種最簡單的電子凸輪曲線構(gòu)造辦法 — 4固定點(diǎn)描述電子凸輪同步飛剪曲線法，用上面的基本數(shù)據(jù)生成4固定點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)表格如下：

按照此表，只需要知道定長，就算出所以的坐標(biāo)點(diǎn)，然后調(diào)用 SETCURVE命令，MCO305就能自動(dòng)生成新的電子凸輪同步飛剪曲線。

五、結(jié)束語：

      現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行證明MCO305電子凸輪控制加上FC302驅(qū)動(dòng)器加上交流伺服電機(jī)，響應(yīng)速度和切割精度都不亞于以前專用的設(shè)備。系統(tǒng)調(diào)試較專用設(shè)備大為簡化，而且設(shè)備成本也更低，得到客戶的一致好評。

參考文獻(xiàn)

[1] FC300 Design Guide. MG33BC02.  Danfoss

[2] MCO305 Design Guide. MG33L502.  Danfoss

作者簡介

夏明：工程師，從事工業(yè)驅(qū)動(dòng)控制的應(yīng)用和研究。聯(lián)系方式：上海市汶水東路918號5號樓一層，郵編：200434，電話：021-65618877