基于臺達運動(dòng)控制型PLC的數控高速護角機

1 引言

紙護角用于包裝紙箱的邊角加固，參見(jiàn)圖1所示。紙護角由紗管紙和?？埥?jīng)成套護角機定型壓制而成，兩端面光滑平整、無(wú)明顯的毛刺，且相互垂直。紙護角廣泛應用于電子電器、高科技產(chǎn)品、家倶等產(chǎn)品的包裝和運輸。紙護角又稱(chēng)紙槽鋼、紙包角、護角板、護角條、紙角鐵、紙角條、護角紙板、邊緣板、角紙、紙角鋼。紙護角可與纏繞膜、打包帶、紙免熏蒸托盤(pán)等配套使用，實(shí)現中重型全紙質(zhì)自然降解環(huán)保包裝。紙護角包裝操作簡(jiǎn)易方便，抗壓堆垛承重堅固，是國際物流業(yè)的先進(jìn)包裝技術(shù)。

上海某包裝機械設備制造商客戶(hù)的數控高速護角機用于高速定長(cháng)切割各種長(cháng)度的護角材料。紙護角切割方式與飛剪方式不同，屬于追剪控制。伺服電機往返運動(dòng)，在同步區和送料速度一致，完成剪切，迅速反向返回。該客戶(hù)設備原采用普通PLC控制，無(wú)法穩定實(shí)現追剪定長(cháng)切割控制生產(chǎn)需求，主要問(wèn)題在于高速運行時(shí)同步精度差?；谠O備需求，臺達提供了DVP-20PM00D運動(dòng)控制型PLC的電子凸輪解決方案，經(jīng)過(guò)實(shí)際應用，完全達到客戶(hù)預期要求。

2 臺達DVP-20PM00D解決方案

高速數控護角機由機架、測量機構、切刀機構、皮帶傳動(dòng)和電控系統組成，如圖2所示。

2.1 運動(dòng)控制PLC簡(jiǎn)介

臺達DVP-20PM00D是一款具有運動(dòng)控制專(zhuān)用功能的可編程控制器。DVP-20PM00D的最大特點(diǎn)是PLC主機直接提供電子凸輪功能，或者說(shuō)DVP-20PM00D是內置電子凸輪功能的PLC,所以有些場(chǎng)所直接稱(chēng)呼DVP-20PM00D為臺達20PM運動(dòng)控制器，如圖3所示。

20PM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(xiàn)跟隨主軸運動(dòng)。采用高速雙CPU結構形式，利用獨立CPU處理運動(dòng)控制算法，可以很好地實(shí)現各種運動(dòng)軌跡控制、邏輯動(dòng)作控制，直線(xiàn)/圓弧插補控制等，數控高速護角機正是利用了20PM運動(dòng)控制器的電子凸輪功能很好的解決了上述高速切割時(shí)出現的不等長(cháng)等問(wèn)題。20PM的主要特點(diǎn)：

（1）20PM適用于高速、高精度、高復雜的運動(dòng)控制場(chǎng)合；

（2）多段速執行及中斷定位；

（3）64K 大容量, 內置Flash存儲體；

（5）兩組差分脈沖輸出，最高脈沖輸出達500KHz；

（6）兩組手搖輪控制；

（7）內置電子凸輪功能，輕松實(shí)現繞線(xiàn)、飛剪、追剪等應用；

（8）支持PLC順序邏輯控制及NC控制(G 碼與M碼)。

2.2 高速追剪解決方案分析

普通PLC一般利用高速計數，通過(guò)編碼器輸入到PLC內置高速輸入點(diǎn)，高速輸入編碼連接定長(cháng)壓輪,采集線(xiàn)速度,采集來(lái)的脈沖頻率乘以一定的速比,然后作為輸出高速脈波驅動(dòng)伺服,將動(dòng)作速度與護角的線(xiàn)速度的速比進(jìn)行簡(jiǎn)單速度同步，同時(shí)編碼器的數值與預設長(cháng)度的數值比較,達到預設值時(shí)，比如650PULSE,產(chǎn)生中斷,就是使切刀動(dòng)作。這種方法切刀動(dòng)作總是在滯后動(dòng)作，受線(xiàn)速度，PLC運算影響，同步精度差，計算量大，CPU處理時(shí)間較長(cháng)，因此會(huì )出現定長(cháng)不均勻等問(wèn)題，嚴重影響成品的質(zhì)量。在低速的情況下（10米左右速度）尚可基本達到要求，但是對于超過(guò)20米速度時(shí)就會(huì )長(cháng)短不一，誤差在2毫米以上。

20PM內置電子凸輪功能，采用獨立運動(dòng)處理芯片，通過(guò)硬件方式，能夠實(shí)時(shí)處理主從軸之間的運動(dòng)關(guān)系，2軸同步控制時(shí)間小于0.5ms，從而保證高速時(shí)主軸與從軸之間的位置和速度關(guān)系，解決高速時(shí)長(cháng)短不一的問(wèn)題，達到客戶(hù)設備極限50米的生產(chǎn)速度，誤差基本上在0.1MM之內 ?；?0PM的高速追剪解決方案硬件配置如表1所示。

表1 硬件配置

基于20PM的高速追剪解決方案電子凸輪軟件設定如圖4所示。圖示追剪控制的CAM（數控編程）圖，與飛剪控制的CAM圖有些變化，觀(guān)察CAM的速度關(guān)系圖，運動(dòng)機構反復運轉，在同步區和物料送料速度一致，完成剪切后迅速反向返回，然后再次在同步區和物料送料速度一致。編碼器脈沖輸入與PLC脈沖輸出完全按照軌跡一一對應，無(wú)須經(jīng)過(guò)PLC程序掃描。因此，克服了過(guò)去高速時(shí)定長(cháng)誤差大，電機經(jīng)常過(guò)沖等問(wèn)題。

3 結束語(yǔ)

通過(guò)20PM在高速護角機切割設備成功應用，可以擴展到其它類(lèi)似追剪控制的場(chǎng)合，例如飲料填充，其動(dòng)作與追剪動(dòng)作相同，只不過(guò)機構由刀子換成了注射口。通過(guò)變換不同的控制曲線(xiàn)，該功還能廣泛應用于各種較高要求的運動(dòng)控制中,例如在紡織機械中電子凸輪細紗機、包裝機械的連續灌裝動(dòng)作、立式包裝的橫切熱封動(dòng)作、金屬加工中的彈簧變徑加工、剪板折彎等中都會(huì )使用到20PM 的CAM（數控編程）功能。