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臺達DVP-20PM實現(xiàn)可變同步區(qū)長度的追剪方法

時間:2012-03-15 11:30:43來源:caijuan

導語:?本文介紹臺達DVP-20PM00D運動控制器電子凸輪(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)長度的追剪通用實現(xiàn)方法。

  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,立即結(jié)束同步。本文介紹臺達DVP-20PM00D運動控制器電子凸輪(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)長度的追剪通用實現(xiàn)方法。

  【關(guān)鍵詞】運動控制器,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20PM運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。現(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)的護角,建筑行業(yè)的鋼管鋼筋追鋸等,臺達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

  圖1設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

  如圖1示意,通用追剪機構(gòu)一般包含以下部分機構(gòu):

 ?。?)執(zhí)行機構(gòu)

  在裁切系統(tǒng)中,執(zhí)行機構(gòu)是切刀,切刀是由液壓推進,主要由一個進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)行機構(gòu)為填充裝置。

 ?。?)測量機構(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,測量進料的速度及長度,是電子凸輪運動中的主軸。

 ?。?)追蹤機構(gòu)

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

 ?。?)進料傳動

  進料傳動是由變頻電機、傳動機構(gòu)組成。

  二、追剪控制及20PM運動控制器電子凸輪功能應(yīng)用介紹

  1、追剪曲線構(gòu)成

常規(guī)追剪系統(tǒng)的運作步驟

  圖2:常規(guī)追剪系統(tǒng)的運作步驟

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

  (2)同步狀態(tài)(SyncronizedZone):一旦進入同步狀態(tài),20PM運動控制器立刻送出同步信號(CLEAR)給執(zhí)行控制機構(gòu),要求執(zhí)行切斷或罐裝動作。同時,運動控制器依然持續(xù)偵測進料長度及進料速度,隨時保持鋸/機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確。當執(zhí)行完成之后,機構(gòu)返回自動退出,并發(fā)出完成信號(CUTend)。

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

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

 ?。?)待機狀態(tài):回車完成之后20PM運動控制器系統(tǒng)自動進入待機狀態(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?;诖?。臺達推出了行業(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。因為前面同步切斷完成后,就脫離凸輪模式,進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。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.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)合程序詳細介紹。

PMSOFT軟件界面

  圖3:PMSOFT軟件界面

  步驟二:雙擊CAM0進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,伺服與導軌聯(lián)結(jié)為4:1的減速帶輪,導軌牙距為30MM,通過以上參數(shù),我們可以計算出要達到線速度同步,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)的比較長是因為考慮用戶執(zhí)行機構(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)實際機械負載,機臺長度,機器速度等靈活設(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。

區(qū)段設(shè)置表 

  圖4:區(qū)段設(shè)置表

  步驟三:點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。

主軸位置與從軸速度的曲線圖

  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)導出,然后把數(shù)據(jù)再作為速度信號導入,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。

 ?。?)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(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現(xiàn)。

  這里首先需要說明的20PM電子凸輪運行形式,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行一個凸輪軸(X軸),多凸輪模式可以運行幾組多凸輪(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,干預其從軸根據(jù)主軸的運行速度。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。可立即把D1840=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,達到同步區(qū)后,輸出切刀信號,當切斷信號到時,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C204的值與預設(shè)長度相等,則,再次啟動凸輪,D1846=H2000,C204復位從零再次計數(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、程序詳細介紹

  下面對每行程序做一詳細介紹。

  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(START0,STOP0,START1,STOP01,作為普通點使用。

  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,就是實現(xiàn)設(shè)置一長度。到時立即復位。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,復位CLR0,這兩組的功能,簡單的說,就是實現(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:

中斷1里的程序

  圖:中斷1里的程序

  下面的程序為按格式,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。

  以上程序為設(shè)定C204的高速計數(shù),到長度復位,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,出生于1969年12月,畢業(yè)于安徽機電學院電氣工程系工業(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在自動化的高端運用,包括各類機械設(shè)備的精密運動控制及工程項目的過程控制的研究與市場開發(fā)。

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