摘 要：介紹臺(tái)達(dá)DVP-20PM00D運(yùn)動(dòng)控制器電子凸輪（CAM）功能，闡述高速肥皂切割機(jī)工作原理、工藝要求及相關(guān)控制程序概要。
關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)控制器，電子凸輪，伺服控制，CAM Table，高速脈沖。

一、 前言

本文介紹的是高速肥皂切割機(jī)，可以在線切割各種長(zhǎng)度的肥皂，可以兩種方式切割.一是定長(zhǎng)方式,設(shè)定好需要的長(zhǎng)度,然后,隨著,肥皂出條機(jī)的快慢,自動(dòng)切割出精確度很高的等長(zhǎng)的肥皂,然后,再把切割后的肥皂放到打印機(jī)里印字。二是定位套花方式,出條機(jī)出來(lái)的肥皂,經(jīng)過(guò)一印花輪,印上產(chǎn)品標(biāo)識(shí),要求切割在每個(gè)標(biāo)識(shí)中間,并且克重要準(zhǔn)，兩種方式均要求克重誤差小,切口垂直。無(wú)論是以上哪種方式，都可歸結(jié)為飛剪控制，總的要求是切刀要與出料速度同步，切的定長(zhǎng)要準(zhǔn)。兩種方式的區(qū)別在于跟隨開(kāi)始部分，定長(zhǎng)方式只要激活跟隨，從軸就采集主軸脈沖，按CAM表運(yùn)行。定位方式在于，開(kāi)始時(shí)等到一個(gè)外部接近開(kāi)關(guān)激活信號(hào)，然后才按定長(zhǎng)方式走，不過(guò)，定位模式這個(gè)定長(zhǎng)是固定的，等于印花輪周長(zhǎng)處以印花數(shù)，可在線調(diào)整開(kāi)始跟蹤的位置。

二、 高速切割機(jī)機(jī)構(gòu)和原理

1、設(shè)備結(jié)構(gòu)

高速切割機(jī)共包含以下部分機(jī)構(gòu)，分述如下：

（1） 機(jī)架

機(jī)架由角鋼框架及不銹鋼臺(tái)面組成，并設(shè)置腳輪便于移動(dòng)，當(dāng)設(shè)備到位后可將支腳調(diào)低作為穩(wěn)定支撐。

（2） 測(cè)量機(jī)構(gòu)

安裝于皂?xiàng)l出來(lái)部分，如圖所示A，同軸聯(lián)接一2500線的A/B相的差分編碼器,測(cè)量皂?xiàng)l的出條速度,及長(zhǎng)度。是電子凸輪運(yùn)動(dòng)中的主軸。

（3） 切刀機(jī)構(gòu)

主要由臺(tái)達(dá)B系列2000W伺服電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，是電子凸輪運(yùn)動(dòng)中的從軸。

（4） 皮帶傳動(dòng)

包括臺(tái)達(dá)B系列750變頻電機(jī)、傳動(dòng)皮帶等，要求皮帶速度跟蹤出條速度,同步升降速。

（5） 電氣控制

包含電氣控制箱、觸摸屏操作盒。采用DVP-20PM00D運(yùn)動(dòng)控制器作為控制核心，觸摸屏作為人機(jī)交換，伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)肥皂切割的精確控制。

2、設(shè)備工藝流程

激活切刀回原點(diǎn)→選擇模式(定長(zhǎng)或套花定位)→設(shè)定參數(shù)→跟隨激活→循環(huán)生產(chǎn)

3、電氣系統(tǒng)配置

電氣控制主要包括切刀、皮帶速度動(dòng)作控制部分。具體配置如下：

三、 飛剪控制及電子凸輪功能應(yīng)用介紹

1、飛剪控制電子凸輪的應(yīng)用方案

國(guó)內(nèi)現(xiàn)在一般普通肥皂切割機(jī)控制原理（無(wú)論是采用AB MICROLOGIX1500 或 OMRON CP1H) 均是采用如下方案：

內(nèi)置高速脈沖輸入輸出功能的小型PLC，分別通過(guò)兩個(gè)編碼器輸入到PLC內(nèi)置兩個(gè)高速輸入點(diǎn)，一個(gè)高速輸入編碼聯(lián)一定長(zhǎng)的壓輪,如圖 中B點(diǎn)所示，采集皂?xiàng)l的線速度,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(qū)動(dòng)伺服,將切刀動(dòng)作速度與皂?xiàng)l的線速度的速比進(jìn)行簡(jiǎn)單速度同步，達(dá)到切面垂直,另一高速輸入編碼器,與印花輪傳動(dòng)連在一起,如圖中A點(diǎn)所示，這個(gè)編碼器的數(shù)值與預(yù)設(shè)長(zhǎng)度(或套花長(zhǎng)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,使能高速脈沖輸出,也就是使切刀動(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(zhǎng)，因此會(huì)出現(xiàn)克重不均勻等問(wèn)題，嚴(yán)重影響成品的質(zhì)量。在低速的情況下尚可基本達(dá)到要求，但是對(duì)于高速時(shí)就會(huì)切面不齊整，克重誤差很大,成品品質(zhì)低下。

本方案高速切割機(jī)的飛剪功能在于20PM電子凸輪的應(yīng)用，如下圖所示，在刀輥的周長(zhǎng)上被劃分為同步區(qū)域和異步區(qū)域，設(shè)置了加速位置，同步起始位置、切割位置、同步結(jié)束位置、參考點(diǎn)位置，這些都是根據(jù)線速度V和裁減長(zhǎng)度L、壓花輥周長(zhǎng)C等由PM計(jì)算的結(jié)果，在20PM內(nèi)生成CAM曲線，測(cè)量的高速編碼器信號(hào)直接接入到PM的編碼器輸入，不作運(yùn)算,直接按PM內(nèi)的寄存器數(shù)據(jù)軌跡走，因此系統(tǒng)的響應(yīng)速度非常快。因此保證了切割速度同步，切割長(zhǎng)度的精度。

2、電子凸輪的實(shí)現(xiàn)方式

（1）獲取主軸位置；

獲取主軸位置有多種方法：一是采用虛擬軸，計(jì)算簡(jiǎn)單準(zhǔn)確；二是從主軸編碼器或伺服脈沖獲取，將主軸編碼器信號(hào)進(jìn)行處理；三是從測(cè)量編碼器獲取。獲得編碼器信號(hào)之后，將其換算成主軸位置。這個(gè)飛剪系統(tǒng)采用的是第三種方案。

由編碼器脈沖獲取主軸位置
（2）實(shí)現(xiàn)主從軸的嚙合

實(shí)際上是定義主從軸之間的關(guān)系（稱之為cam table）。cam table有兩種方法表述：一是采用X、Y的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)關(guān)系；二是采用兩者的函數(shù)關(guān)系。cam table的獲取也有多種途徑：根據(jù)實(shí)際工作中測(cè)量到的點(diǎn)與點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)主從軸的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)關(guān)系。cam table可以定義多個(gè)cam曲線。關(guān)系確定和實(shí)現(xiàn)后，根據(jù)主軸的位置，就能得到從軸的位置。在20PM控制器內(nèi)，CAM曲線既可通過(guò)手動(dòng)編程時(shí)生成也可通過(guò)程序自動(dòng)生成。本系統(tǒng)通過(guò)程序自動(dòng)生成。

3、臺(tái)達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)控制器電子凸輪功能介紹

臺(tái)達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)控制器除了實(shí)現(xiàn)直線/圓弧插補(bǔ)以及定位功能之外，內(nèi)嵌了電子凸輪功能，使其可以應(yīng)用在多種運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合。

20PM為2軸運(yùn)動(dòng)控制器，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)。臺(tái)達(dá)DVP-20PM00D是一款專用運(yùn)動(dòng)控制型PLC，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，在高速肥皂切割機(jī)中正是利用了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)的不垂直、不等長(zhǎng)等問(wèn)題。

運(yùn)動(dòng)控制器DVP-20PM00D
下圖是電子凸輪設(shè)定的軟件界面。

在軟件中我們可以清楚地利用圖形方式設(shè)定、修改電子凸輪曲線。當(dāng)我們點(diǎn)擊進(jìn)入資料表單設(shè)定按鈕時(shí)會(huì)彈出下面的區(qū)段設(shè)置表。使用者需先設(shè)定Start Ang, End Ang, Stroke以及透過(guò)下拉式選單選取CAM curve（具有連續(xù)、正弦、勻加速等6種曲線，并可加入其它標(biāo)準(zhǔn)曲線和自定義曲線）,在設(shè)定完成后按下Setting completed按鈕, 即可在主畫(huà)面繪制位移, 速度, 加速度坐標(biāo)圖：