摘 要：在分析切坯機運動控制原理的基礎(chǔ)上，重點論述基于臺達運動控制型PLC系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計。利用20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了高速切割時出現(xiàn)的不等長等問題。
關(guān)鍵詞：曲柄滑塊機構(gòu) 20PM 電子凸輪

1 引言

在國家生態(tài)建材政策強有力的推動下，磚瓦機械行業(yè)近年來得到了快速發(fā)展。新型大型制磚砌塊機械比比皆是，自動切坯機、碼坯機、破碎機、現(xiàn)代窯爐及其附設(shè)設(shè)備等品種齊全。雙級真空擠出機、自動碼坯機等產(chǎn)品不斷出口創(chuàng)匯，磚瓦機械制造技術(shù)力量壯大，既能生產(chǎn)普通型多孔磚、空心磚；又能生產(chǎn)高強度，多孔薄壁大塊，保溫性能好的承重砌塊，滿足黏土外的頁巖、煤矸石、粉煤灰等原料的生態(tài)建材設(shè)備需求。

2 切坯機原理設(shè)計

2.1 設(shè)計要求

切坯機既要滿足頁巖、煤矸石為原料的標磚、多孔磚、大型砌塊的切坯，也要適合粉煤灰粘土雙泥條高產(chǎn)量擠出后的切坯。切坯規(guī)格大，范圍廣，可生產(chǎn)大型砌塊、上下雙泥條和平置雙泥條（S型）。切割寬度最大550mm，最高高度260mm。更換磚型靈活，行程可調(diào)，適應(yīng)多種磚型和組合方式。切割長度精確，調(diào)節(jié)快捷，定位準。可實現(xiàn)無泥頭，節(jié)約耗電量，提高產(chǎn)量。運行平穩(wěn)、剎車回位好、自控直線切坯。

2.2 切坯運動控制分析

切坯機主傳動為一偏置曲柄滑塊機構(gòu)，帶動傳送皮帶與切坯裝置。要求隨著泥胚的出條速度和位置變化，實時改變旋轉(zhuǎn)伺服的速度及位置，伺服控制的偏置式曲柄滑塊機械原理如圖1所示。

從運動學(xué)觀點出發(fā),通過實時改變曲柄滑塊機構(gòu)輸入曲柄的角速度,可使滑塊的輸出運動滿足特定的要求,使該機構(gòu)在剛性結(jié)構(gòu)不變的情況下，滿足多種任務(wù)需要。角速度實時控制要求得到伺服輸入曲柄滑塊機構(gòu)的控制模型,根據(jù)所得的模型控制伺服電機,使輸入曲柄的速度位置按需要改變,可以獲得希望的輸出運動速度位置。

客戶設(shè)備原采用普通PLC控制，一直無法很好地滿足生產(chǎn)需求，主要問題在于偏置曲柄滑塊機構(gòu)的運動公式極為復(fù)雜，普通PLC受到海量運算能力制約，幾乎不可能實現(xiàn)主軸編碼器與從軸伺服之間按照復(fù)雜的公式嚴格的位置對應(yīng)關(guān)系控制，實現(xiàn)不了控制精度，以致于切割不齊，需要工序反復(fù)。

2.3 20PM高速同步切坯解決方案分析

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功能，采用獨立運動處理芯片，實時處理主從軸之間的運動關(guān)系, 2軸同步控制時間小于0.5ms, 從而保證高速時主軸與從軸之間的位置和速度關(guān)系，從而解決了位置同步的問題。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20PM運動控制器。

切坯運動控制正是利用了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(xiàn)的不等長等問題。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動。采用高速雙CPU結(jié)構(gòu)形式，利用獨立CPU處理運動控制算法解決海量運算，可以很好地實現(xiàn)各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等。通過20PM的凸輪表功能很方便的導(dǎo)入公式，讓伺服的運行完全按照設(shè)定的軌跡。達到對伺服每個角度精確控制的目的。20PM主要特點：

（1）20PM適用于高速、高精度、高復(fù)雜的運動控制場合；
（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500KHz；
（6）兩組手搖輪控制；
（7）內(nèi)置電子凸輪功能，輕松實現(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)。

3 20PM切坯機編程

客戶要求編碼器位移（主軸）與伺服旋轉(zhuǎn)角度（從軸）公式：

S=R*[1+R/4L-COS(πθ/１８０）－（ｅ/Ｌ）＊ＳＩＮ(πθ/１８０）－（４Ｒ/Ｌ）COS(πθ/１８０）

通過excel把編碼器位移（主軸）與伺服旋轉(zhuǎn)角度（從軸）公式轉(zhuǎn)換為脈沖關(guān)系導(dǎo)入20PM：

這樣極為復(fù)雜的公式在20PM里就可得到輕松的實現(xiàn)。同時，20PM在內(nèi)部把主從軸數(shù)據(jù)完全通過實數(shù)方式存儲起來，程序可很方便的通過TO和from指令讀寫整個凸輪數(shù)據(jù)。使程序具有更大的靈活性：

4 結(jié)束語

高速程控切坯機應(yīng)用20PM電子凸輪解決方案，經(jīng)過實際應(yīng)用，完全達到精度要求。這個案例說明其應(yīng)用領(lǐng)域可以擴展到其它類似主軸與從軸有復(fù)雜位置，速度同步公式的自動化運動控制工程。

中國年產(chǎn)6000億塊標磚的磚瓦制造業(yè)產(chǎn)量不僅支撐了建筑業(yè)的發(fā)展，而且在資源節(jié)約、廢渣利用、節(jié)能降耗等方面，也取得了較好的社會綜合環(huán)境效益。JC/T 963-2005 墻材工業(yè)用自動切坯機等國家標準的發(fā)布使得磚瓦機械工業(yè)發(fā)展得到重要保障。燒結(jié)磚機械技術(shù)水平雖已得到快速提升，但距世界先進水平仍存在差距，工業(yè)自動化技術(shù)是提升磚瓦機械制造業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新最有效的途徑。(end)