基于臺達(dá)運(yùn)動(dòng)控制型PLC的數(shù)控高速護(hù)角機(jī)

1 引言

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

上海某包裝機(jī)械設(shè)備制造商客戶的數(shù)控高速護(hù)角機(jī)用于高速定長切割各種長度的護(hù)角材料。紙護(hù)角切割方式與飛剪方式不同，屬于追剪控制。伺服電機(jī)往返運(yùn)動(dòng)，在同步區(qū)和送料速度一致，完成剪切，迅速反向返回。該客戶設(shè)備原采用普通PLC控制，無法穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)追剪定長切割控制生產(chǎn)需求，主要問題在于高速運(yùn)行時(shí)同步精度差。基于設(shè)備需求，臺達(dá)提供了DVP-20PM00D運(yùn)動(dòng)控制型PLC的電子凸輪解決方案，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，完全達(dá)到客戶預(yù)期要求。

2 臺達(dá)DVP-20PM00D解決方案

高速數(shù)控護(hù)角機(jī)由機(jī)架、測量機(jī)構(gòu)、切刀機(jī)構(gòu)、皮帶傳動(dòng)和電控系統(tǒng)組成，如圖2所示。

2.1 運(yùn)動(dòng)控制PLC簡介

臺達(dá)DVP-20PM00D是一款具有運(yùn)動(dòng)控制專用功能的可編程控制器。DVP-20PM00D的最大特點(diǎn)是PLC主機(jī)直接提供電子凸輪功能，或者說DVP-20PM00D是內(nèi)置電子凸輪功能的PLC,所以有些場所直接稱呼DVP-20PM00D為臺達(dá)20PM運(yùn)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(dāng)定義好CAM Table后，從軸依據(jù)定義的曲線跟隨主軸運(yùn)動(dòng)。采用高速雙CPU結(jié)構(gòu)形式，利用獨(dú)立CPU處理運(yùn)動(dòng)控制算法，可以很好地實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)軌跡控制、邏輯動(dòng)作控制，直線/圓弧插補(bǔ)控制等，數(shù)控高速護(hù)角機(jī)正是利用了20PM運(yùn)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(xiàn)的不等長等問題。20PM的主要特點(diǎn)：

（1）20PM適用于高速、高精度、高復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制場合；

（2）多段速執(zhí)行及中斷定位；

（3）64K 大容量, 內(nèi)置Flash存儲體；

（5）兩組差分脈沖輸出，最高脈沖輸出達(dá)500KHz；

（6）兩組手搖輪控制；

（7）內(nèi)置電子凸輪功能，輕松實(shí)現(xiàn)繞線、飛剪、追剪等應(yīng)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(jì)數(shù)，通過編碼器輸入到PLC內(nèi)置高速輸入點(diǎn)，高速輸入編碼連接定長壓輪,采集線速度,采集來的脈沖頻率乘以一定的速比,然后作為輸出高速脈波驅(qū)動(dòng)伺服,將動(dòng)作速度與護(hù)角的線速度的速比進(jìn)行簡單速度同步，同時(shí)編碼器的數(shù)值與預(yù)設(shè)長度的數(shù)值比較,達(dá)到預(yù)設(shè)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，受線速度，PLC運(yùn)算影響，同步精度差，計(jì)算量大，CPU處理時(shí)間較長，因此會(huì)出現(xiàn)定長不均勻等問題，嚴(yán)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(dá)到要求，但是對于超過20米速度時(shí)就會(huì)長短不一，誤差在2毫米以上。

20PM內(nèi)置電子凸輪功能，采用獨(dú)立運(yùn)動(dòng)處理芯片，通過硬件方式，能夠?qū)崟r(shí)處理主從軸之間的運(yùn)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)長短不一的問題，達(dá)到客戶設(shè)備極限50米的生產(chǎn)速度，誤差基本上在0.1MM之內(nèi) 。基于20PM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(shè)定如圖4所示。圖示追剪控制的CAM（數(shù)控編程）圖，與飛剪控制的CAM圖有些變化，觀察CAM的速度關(guān)系圖，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在同步區(qū)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(qū)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(yīng)，無須經(jīng)過PLC程序掃描。因此，克服了過去高速時(shí)定長誤差大，電機(jī)經(jīng)常過沖等問題。

3 結(jié)束語

通過20PM在高速護(hù)角機(jī)切割設(shè)備成功應(yīng)用，可以擴(kuò)展到其它類似追剪控制的場合，例如飲料填充，其動(dòng)作與追剪動(dòng)作相同，只不過機(jī)構(gòu)由刀子換成了注射口。通過變換不同的控制曲線，該功還能廣泛應(yīng)用于各種較高要求的運(yùn)動(dòng)控制中,例如在紡織機(jī)械中電子凸輪細(xì)紗機(jī)、包裝機(jī)械的連續(xù)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(shù)控編程）功能。