基于臺達運動控制型PLC的數(shù)控高速護角機

1 引言
紙護角用于包裝紙箱的邊角加固，參見圖1所示。紙護角由紗管紙和牛卡紙經(jīng)成套護角機定型壓制而成，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)品的包裝和運輸。紙護角又稱紙槽鋼、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、紙免熏蒸托盤等配套使用，實現(xiàn)中重型全紙質(zhì)自然降解環(huán)保包裝。紙護角包裝操作簡易方便，抗壓堆垛承重堅固，是國際物流業(yè)的先進包裝技術(shù)。
上海某包裝機械設(shè)備制造商客戶的數(shù)控高速護角機用于高速定長切割各種長度的護角材料。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，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)定實現(xiàn)追剪定長切割控制生產(chǎn)需求，主要問題在于高速運行時同步精度差。基于設(shè)備需求，臺達提供了DVP-20PM00D運動控制型PLC的電子凸輪解決方案，經(jīng)過實際應(yīng)用，完全達到客戶預(yù)期要求。
2 臺達DVP-20PM00D解決方案
高速數(shù)控護角機由機架、測量機構(gòu)、切刀機構(gòu)、皮帶傳動和電控系統(tǒng)組成，如圖2所示。
2.1 運動控制PLC簡介
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，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，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(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，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，數(shù)控高速護角機正是利用了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(xiàn)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(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；
（4）兩組差分脈沖輸出，最高脈沖輸出達500KHz；
（5）兩組手搖輪控制；
（6）內(nèi)置電子凸輪功能，輕松實現(xiàn)繞線、飛剪、追剪等應(yīng)用；
（7）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(shù)，通過編碼器輸入到PLC內(nèi)置高速輸入點，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)動伺服,將動作速度與護角的線速度的速比進行簡單速度同步，同時編碼器的數(shù)值與預(yù)設(shè)長度的數(shù)值比較,達到預(yù)設(shè)值時，比如650PULSE,產(chǎn)生中斷,就是使切刀動作。這種方法切刀動作總是在滯后動作，受線速度，PLC運算影響，同步精度差，計算量大，CPU處理時間較長，因此會出現(xiàn)定長不均勻等問題，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20米速度時就會長短不一，誤差在2毫米以上。
20PM內(nèi)置電子凸輪功能，采用獨立運動處理芯片，通過硬件方式，能夠?qū)崟r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，解決高速時長短不一的問題，達到客戶設(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。
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，運動機構(gòu)反復(fù)運轉(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，克服了過去高速時定長誤差大，電機經(jīng)常過沖等問題。

3 結(jié)束語
通過20PM在高速護角機切割設(shè)備成功應(yīng)用，可以擴展到其它類似追剪控制的場合，例如飲料填充，其動作與追剪動作相同，只不過機構(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動控制中,例如在紡織機械中電子凸輪細紗機、包裝機械的連續(xù)灌裝動作、立式包裝的橫切熱封動作、金屬加工中的彈簧變徑加工、剪板折彎等中都會使用到20PM 的CAM（數(shù)控編程）功能。