摘  要：本文主要介紹臺達20PM運動控制器在線纜裁切設備中的應用，并闡述了設備的工作原理、工藝要求及飛剪功能的應用概要。

　　關鍵詞：20PM  運動控制  程序設計 飛剪 動態CAM曲線

　　1  引言

　　傳統的線纜裁切機跟隨誤差比較大，為了解決這個問題，利用臺達20PM運動控制器的內置飛剪功能出色完成了各項需求，實現輸送和裁切線速度同步，通過調整速度同步區的寬度來完成不同長度線纜的裁切，保證了裁切的精準度。

　　2  結構及工作原理

　　2.1 電纜切割機

　　電纜切割機設備結構如圖1、圖2所示。線纜裁切設備這是比較典型的飛剪功能應用，臺達20PM已內置飛剪功能，可采用以DVP-20PM為控制核心的臺達機電產品整體解決方案完成對切刀控制，實現設備控制要求。

　　圖1 電纜切割機機頭

圖2電纜切割機機神

　　2.2 DVP20PM運動控制器

　　臺達DVP-20PM00D是一款具有運動控制專用功能的可編程控制器。DVP-20PM00D的最大特點是PLC主機直接提供電子凸輪CAM功能，或者說DVP-20PM00D是內置CAM功能的PLC,所以有些場所直接稱呼DVP-20PM00D為臺達20PM運動控制器。

　　20PM具有2路500KHz的輸入與輸出，在CAM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跟隨主軸運動。采用高速雙CPU結構形式，利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等，電纜切割機正是利用了20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了上述高速切割時出現的不等長等問題。20PM的主要特點：

　　（1）20PM適用于高速、高精度、高復雜的運動控制場合；

　　（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CAM功能，輕松實現繞線、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)。

　　3  切割機軟件設計

　　3.1 I/O定義

　　X0計數光電

　　X1裁刀啟動

　　X2裁刀停止

　　X3護保護

　　X4直流馬達引起故障

　　X5伺服故障

　　X6主控箱急停

　　OITPUT

　　Y0伺服on

　　Y1故障復位

　　Y2裁切啟動

　　Y3推線

　　Y4蜂鳴

　　Y5裁切指示燈

DOG0	切刀原點	FP0+	切刀軸差分脈沖輸出
LSN1	后左光電檢測	FP0-	切刀軸差分脈沖輸出
LSP1	后右光電檢測	RP0+	切刀軸差分脈沖輸出
DOG1	本地/遠程	RP0-	切刀軸差分脈沖輸出
STOP1	急停
START1	前光電檢測
A0+	計長編碼器位置A+相脈沖回饋
A0-	計長編碼器位置A-相脈沖回饋
B0+	計長編碼器位置B+相脈沖回饋
B0-	計長編碼器位置B-相脈沖回饋

    3.2 飛剪程序設計過程

　　在利用20Pm飛剪功能寫程序的時候需要按照以下步驟來進行：

　　利用DTO指令來完成飛剪數據的給定

　　程序中需要計算填充數據D100-D112，其參數定義如下：

　　D101..D100主軸長度

　　D103..D102從軸長度

　　D105..D104從軸同步長度

　　D107..D106從軸同步倍率(F2/F1)

　　D109..D108從軸最高倍率限制

　　D110加速曲線:

　　0 const speed,

　　1 const Acc,

　　2 SingleHypot,

　　3 Cycloid)

　　D111CAM曲線=0

　　0 leftCAM,

　　1 midCAMall,

　　2 midCAMbegin,

　　3 midCAMend)

　　程序中填充數據D100-D112其參數計算過程如下：

　　(1)D100計算:

　　D210裁切長度

　　D222計米輪周長

　　D212計米輪線數

　　D224實際計米輪總脈沖數

　　D226裁切長度脈沖數

　　D100=D226=D224=D210/D222*D212

　　(2)D102計算:

　　D416切刀輪脈沖x D426速比= D200切刀輪脈沖=(D102)

　　(3)D104計算:

　　D200切刀輪脈沖x D172同步范圍= D204同步脈沖=(D104)

　　(4)D106倍率計算推導過程:

　　a.  主軸直徑 D1 (mm)

　　主軸一圈脈波數R1 (Pulses/Rev)

　　主軸速度 F1(Hz)

　　主軸速度 V1(mm/sec)

　　b.  從軸直徑 D2 (mm)

　　從軸一圈脈波數R2 (Pulses/Rev)

　　從軸速度 F2(Hz)

　　從軸速度 V2(mm/sec) 

　　c：根據同步時線速度相同即

　　V1=V2

　　(F1*3.14*D1/R1) ＝ (F２*3.14*D２/R２)

　　F2/F1 = (D1*R2*K減速比)/(D2*R1)

　　= (D250*D256*D258減速比)/( D252*D254)

　　=D274

　　=D106脈沖比同步倍率

　　(5)D108倍率上限

　　(6)D110加速曲線選擇:

　　0-3曲線選擇逐級平滑

　　(7)D111CAM曲線選擇:

　　選擇0保證了切刀切完后回到上位零點等待

　　8：D112結果ok

　　以上部分完成了D100-D112的計算填充數據過程，也就是完成了飛剪程序部分設計，

　　3.3 飛剪程序運行監控

　　D1799設定X 軸輸入端子極性端子極性PG0

　　D1800輸入點狀態b5DOG原點信號來計數點 D50LDPm125無效

　　D1816=530原點回歸 DOG 下降沿檢測原點回歸方向 A/B 相脈沖

　　D1828 X軸原點回歸速度

　　D1830 X軸原點回歸減速速度

　　D1832 X軸零點信號數N

　　D1833回原點后X軸補充距離P k0

　　D1838X軸目標位置(I) P(I) （Low word）

　　D1848X軸現在位置CP(PLS) （Low word）

　　D1864=H305 X軸手搖輪輸入響應速度設定A/B相脈波4倍頻

　　D1846=100 X單段速定位運動模式啟動

　　D1846=40原點回歸模式啟動

　　D1846=2000插入單段速定位運動模式啟動

　　經過上面的分析將分析過程寫成程序即完成了主體程序設計，其它各種安全保護和附加功能同WPL程序編寫就不一一贅述。

　　3.4 電子凸輪軸CAM曲線

　　在CAM的規劃上20PM編程軟件——PMsoft是先產生位移相對關系再生成速度及加速度關系，但在這里我們是以速度的關系來規劃，因此要先產生速度關系再產生位移及加速度，PMsof提供了   便利功能可以將Export出來的位移數據當成速度數據匯入，完成CAM圖，步驟如下：

　　（1）設定所需的分辨率，在這里我們設定200點： 

　　（2）將速度關系建立在位移關系圖上, 在這里我們假設位置1在主軸位置100, 位置3在主軸位置200, 位置4在主軸位置300：

　　（3）將位移關系圖匯出再將其當成速度數據匯入即可得到我們要的速度關系圖：

　　在生成的位移關系圖中橫軸即是主軸（送料軸）回饋的脈沖量，縱軸即是從軸（切刀軸）運動脈沖量，主軸的位移量(脈沖數) 是裁切長度，在主軸運動過程中從軸（切刀軸）跟隨一周，裁切一次。在速度關系圖中我們可以看到，從軸與主軸之間有同步裁切區，保證了兩者之間的速度同步。

　　以上是飛剪功能介紹以及如何建立CAM關系圖，在線纜裁切機中，主軸（送料）不由20PM控制，但其運動由計米輪編碼器回饋給了20PM，因此也可以建立送料主軸與切刀從軸之間的運動關系。裁切曲線動態調整介紹CAM曲線可以做到程序中實時進行修改，裁切曲線動態調整是通過FROM/TO指令來完成，只要在裁切周期完成之前寫入即可在下一個周期自動變換。在CAM曲線參數中提供了各種平滑曲線供選擇，滿足對加減速平滑的需求。

　　4  結束語

　　基于臺達20PM運動控制器的線纜定長切割設備已調試完成并正常運行，裁切重復精度達到客戶工藝要求的±1mm以內。20PM飛剪功能成功應用于線纜裁切機。這是20PM飛剪功能的又一次成功應用案例，可廣泛應用于各行各業的物料裁切等場合。

　　DVP20PM是臺達PLC家族中運動型控制器，具有強大的運算處理能力，可輕松完成各種二軸、三軸運動控制，特別適合對位置控制和實時響應有較高要求的高速定位應用場合，并內置高速繞線、飛剪、追剪等高階應用功能，廣泛應用于食品加工、包裝、木工、機床、線纜切割等行業。