摘要：丹佛斯FC302高性能驅(qū)動(dòng)器加上新一代MCO305高速運(yùn)動(dòng)控制器，可實(shí)現(xiàn)電子凸輪控制功能。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，如普通增量編碼器、絕對(duì)位置編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。本文就丹佛斯MCO305電子凸輪控制功能在鋪網(wǎng)機(jī)上的應(yīng)用加以詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：鋪網(wǎng)機(jī)；電子凸輪

引言：鋪網(wǎng)機(jī)是無(wú)紡布制造的關(guān)鍵設(shè)備，舊式鋪網(wǎng)機(jī)換向時(shí)要求加減速時(shí)間盡量短，負(fù)載沖擊大，不利于進(jìn)一步提高生產(chǎn)速度。新型鋪網(wǎng)機(jī)采用多伺服驅(qū)動(dòng)，柔性換向，負(fù)載沖擊小，適用于高速生產(chǎn)的要求。對(duì)新型鋪網(wǎng)機(jī)的工作原理進(jìn)行分析以后，可以將其各軸的運(yùn)動(dòng)特性規(guī)劃為電子凸輪曲線，并用虛擬主軸的辦法，實(shí)現(xiàn)多軸位置同步控制。

一、新型鋪網(wǎng)機(jī)的工作原理：

新型鋪網(wǎng)機(jī)的工作原理見(jiàn)圖一，其中伺服A為下跑車(chē)的驅(qū)動(dòng)伺服，決定了下跑車(chē)的運(yùn)行速度；下跑車(chē)就是鋪網(wǎng)頭，下跑車(chē)的速度就是鋪網(wǎng)機(jī)的鋪網(wǎng)速度。伺服B驅(qū)動(dòng)前碳簾運(yùn)行，前碳簾a段速度是鋪網(wǎng)機(jī)的原料輸入速度，要與前端設(shè)備速度同步。伺服C驅(qū)動(dòng)上跑車(chē)運(yùn)行。伺服D驅(qū)動(dòng)后碳簾運(yùn)行。伺服E驅(qū)動(dòng)底簾運(yùn)行。前碳簾在下跑車(chē)出口處的速度就是原料的出口速度。如果要求均勻鋪網(wǎng)，則出料速度必須等于下跑車(chē)速度的絕對(duì)值；另外要求原料輸入速度要等于Vi，保持恒定不變。根據(jù)上述兩條基本運(yùn)動(dòng)約束條件，可以分別推算出各臺(tái)伺服在鋪網(wǎng)時(shí)的運(yùn)行速度特征曲線。

二、分析新型鋪網(wǎng)機(jī)的運(yùn)行速度特性：

當(dāng)下跑車(chē)從左往右運(yùn)動(dòng)時(shí)，伺服B保持靜止，伺服A的平均速度要等于Vi，伺服C的速度要等于Vi/2。當(dāng)下跑車(chē)從右往左運(yùn)行時(shí)，伺服A的平均速度依然等于Vi，但是方向相反，伺服B的速度為伺服A的2倍，伺服C的速度為伺服A的速度加上Vi/2。下面以伺服B為例，分析如何用電子凸輪控制功能控制伺服B的運(yùn)行。圖二為鋪網(wǎng)機(jī)工作時(shí)伺服B的運(yùn)行速度特征曲線。圖中Vi為原料輸入速度，T為鋪網(wǎng)頭從一端走到另一端花費(fèi)的時(shí)間，ta為伺服B的加速時(shí)間，ta決定了凸輪曲線的平滑度，為簡(jiǎn)化問(wèn)題分析，本文中假設(shè)ta等于0.2T。

為了實(shí)現(xiàn)伺服B的電子凸輪控制，接下來(lái)需要將伺服B的運(yùn)行速度特征曲線轉(zhuǎn)化為伺服B的電子凸輪曲線，轉(zhuǎn)換步驟如下：

令主軸的總長(zhǎng)度為2倍的鋪網(wǎng)幅寬，假設(shè)幅寬為2000mm，則主軸長(zhǎng)度為4000；

鋪網(wǎng)機(jī)從左向右鋪網(wǎng)時(shí)伺服B的速度為零，所以位置也為零；

設(shè)置電子凸輪特征點(diǎn)a坐標(biāo)為（0，0）

設(shè)置電子凸輪特征點(diǎn)b坐標(biāo)為（2000，0）

鋪網(wǎng)機(jī)從右向左鋪網(wǎng)時(shí)，伺服B速度從0勻加速到VB，加速時(shí)間為ta=0.2T；

根據(jù)S=V×t/2，計(jì)算得到電子凸輪特征點(diǎn)c坐標(biāo)為（2400，500）

利用加減速的對(duì)稱，得到電子凸輪特征點(diǎn)d坐標(biāo)為（3600，7500）

最后一點(diǎn)e坐標(biāo)為（4000，8000）

三、生成電子凸輪曲線：

丹佛斯MCO305的開(kāi)發(fā)軟件為APOSS，內(nèi)置電子凸輪曲線生產(chǎn)功能，加上述計(jì)算得到的a、b、c、d、e五點(diǎn)電子凸輪曲線特征點(diǎn)按軟件要求填入表格，就能自動(dòng)生成如圖三所示的電子凸輪曲線。

用戶程序里也提供專用指令，能夠根據(jù)鋪網(wǎng)實(shí)際幅寬、加速度等參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算生成新的電子凸輪曲線。當(dāng)新的電子凸輪曲線生成以后，MCO305的固件程序能在當(dāng)前電子凸輪周期執(zhí)行完畢以后，立即自動(dòng)切換到新的電子凸輪曲線繼續(xù)運(yùn)行。

四、控制系統(tǒng)構(gòu)成：

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖四，每根軸獨(dú)立按自己的電子凸輪曲線運(yùn)行，屬于典型的分布式控制系統(tǒng)，對(duì)主控制器的性能要求，一般的PLC就能勝任。由于每根軸都與主軸保持電子凸輪同步關(guān)系，所以總體上可以實(shí)現(xiàn)多軸同步的控制需求。其中下跑車(chē)運(yùn)動(dòng)控制器比較特殊，他具有虛擬主軸脈沖輸出的功能，代替主控制器發(fā)送主軸脈沖信號(hào)。

PLC和人機(jī)界面屬于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，此文不再贅述。

應(yīng)用案例：

杭州某紙業(yè)有限公司是一家生產(chǎn)新聞?dòng)眉埖拇笮驮旒埰髽I(yè)，生產(chǎn)設(shè)備（造紙機(jī)）上需要用大量造紙毛毯。為降低采購(gòu)成本，紙廠決定采用水刺無(wú)紡布織造工藝自己生產(chǎn)造紙毛毯。客戶前期設(shè)計(jì)時(shí)參考了德國(guó)奧特發(fā)（Autefa）的相關(guān)設(shè)備，在鋪網(wǎng)工段采用當(dāng)今最先進(jìn)的高速交叉鋪網(wǎng)工藝。在與客戶共同研究了原型機(jī)的工作原理以后，決定使用5臺(tái)驅(qū)動(dòng)器按照電子凸輪模式運(yùn)行以滿足控制要求。為此，在丹佛斯MCO305運(yùn)動(dòng)控制卡的APOSS編程環(huán)境下，分別編制了5臺(tái)驅(qū)動(dòng)器的電子凸輪曲線自動(dòng)生成程序及總控制程序。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)一周時(shí)間的調(diào)試，設(shè)備運(yùn)行正常，生產(chǎn)速度和精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

如今該鋪網(wǎng)機(jī)已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了一年多，客戶對(duì)丹佛斯變頻器的質(zhì)量表示滿意；認(rèn)為設(shè)備操作方便，與進(jìn)口同類(lèi)設(shè)備沒(méi)有差別；用戶界面友好，變頻器的狀態(tài)及警告顯示簡(jiǎn)單易懂，勝于一般的伺服驅(qū)動(dòng)器。