一、設(shè)備一般結(jié)構(gòu)

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

如圖1示意，通用追剪機(jī)構(gòu)一般包含以下部分機(jī)構(gòu)：
（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)
在裁切系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是切刀，切刀是由液壓推進(jìn)，主要由一個(gè)進(jìn)刀電磁閥和一退刀電磁閥控制切刀的上下；在飲料罐裝系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為填充裝置。
（2）測(cè)量機(jī)構(gòu)
安裝于出口部分，同軸聯(lián)接一2500線(xiàn)的A/B相的差分編碼器，測(cè)量進(jìn)料的速度及長(zhǎng)度，是電子凸輪運(yùn)動(dòng)中的主軸。
（3）追蹤機(jī)構(gòu)
主要由臺(tái)達(dá)伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成（功率大的可選VE系列變頻器），由20PM00D的X軸輸出控制，是電子凸輪運(yùn)動(dòng)中的從軸。
（4）進(jìn)料傳動(dòng)
進(jìn)料傳動(dòng)是由變頻電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。
二、追剪控制及20PM運(yùn)動(dòng)控制器電子凸輪功能應(yīng)用介紹
1、追剪曲線(xiàn)構(gòu)成

圖2：常規(guī)追剪系統(tǒng)的運(yùn)作步驟

（1） 追速狀態(tài)（Ramp up to Tracking）：送料持續(xù)進(jìn)行，20PM運(yùn)動(dòng)控制器在偵測(cè)輸入材料之長(zhǎng)度及當(dāng)時(shí)送料速度的同時(shí)，指揮伺服電機(jī)依照S曲線(xiàn)加速至與進(jìn)料速度同步；在進(jìn)入同步速度的瞬間，鋸/切臺(tái)與材料的動(dòng)態(tài)相對(duì)位置已經(jīng)整定完成。接著便進(jìn)入同步狀態(tài)。
（2）同步狀態(tài)（Syncronized Zone）：一旦進(jìn)入同步狀態(tài)，20PM運(yùn)動(dòng)控制器立刻送出同步信號(hào)(CLEAR)給執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)，要求執(zhí)行切斷或罐裝動(dòng)作。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器依然持續(xù)偵測(cè)進(jìn)料長(zhǎng)度及進(jìn)料速度，隨時(shí)保持鋸/機(jī)臺(tái)與材料之間的動(dòng)態(tài)相對(duì)位置不變；如此才能確保裁切斷面的平整或罐裝的準(zhǔn)確。當(dāng)執(zhí)行完成之后，機(jī)構(gòu)返回自動(dòng)退出，并發(fā)出完成信號(hào)(CUTend)。
（3）減速狀態(tài)（Ramp down Stop）：20PM運(yùn)動(dòng)控制器指揮伺服電機(jī)依照S曲線(xiàn)減速直到完全停止。同時(shí)，仍然持續(xù)偵測(cè)并累計(jì)進(jìn)料長(zhǎng)度。一旦伺服電機(jī)完全停止，接著立刻進(jìn)入回車(chē)狀態(tài)。
（4）回車(chē)狀態(tài)（Return Home）：回車(chē)過(guò)程中，20PM運(yùn)動(dòng)控制器仍持續(xù)偵測(cè)并累計(jì)進(jìn)料長(zhǎng)度。
（5）待機(jī)狀態(tài)：回車(chē)完成之后20PM運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待下一循環(huán)的開(kāi)始。
       常規(guī)的動(dòng)作如上圖所示。整體規(guī)劃好高速追蹤與高速返回的完整曲線(xiàn)，是過(guò)去的解決方案，現(xiàn)在客戶(hù)大都需求在同步去啟動(dòng)切刀動(dòng)作切斷完畢后，不需再同步。立即降速停車(chē)，然后高速返回，返回時(shí)無(wú)需按照主軸的速度同步倍率?；诖恕Ｅ_(tái)達(dá)推出了行業(yè)通用模版程序，客戶(hù)只需改變相應(yīng)參數(shù)即可達(dá)到所需控制要求。
2、兩種生成同步飛剪曲線(xiàn)的方法
       接下來(lái)要做的第一步是生成一個(gè)飛剪凸輪曲線(xiàn)。因?yàn)榍懊嫱角袛嗤瓿珊?，就脫離凸輪模式，進(jìn)入單段速高速定位返回。返回時(shí)，就脫離了凸輪模式。下面介紹生成飛剪曲線(xiàn)的兩種方法。兩種方法都可以，依據(jù)用戶(hù)使用習(xí)慣選擇。
       我們熟知的凸輪關(guān)系是主軸和從軸一一對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，如何從主軸位置和從軸的速度關(guān)系產(chǎn)生是主軸和從軸一一對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，是要解決的重點(diǎn)。目前解決方法主要有兩種，分別敘述如下
（1） 通過(guò)20PM的編程軟件，生成圖形
       步驟一：PMSOFT軟件有個(gè)CAMCHART，使我們可以清楚地利用圖形方式設(shè)定、修改電子凸輪曲線(xiàn)。提醒大家注意的是必須建立兩個(gè)CAM,分別為CAM0，CAM1。兩個(gè)CAM表解析度設(shè)為一樣，比如300點(diǎn)．之所以要設(shè)兩個(gè)CAM表，主要是為了需用多凸輪模式。后續(xù)介紹到只有在多凸輪模式下才可以，執(zhí)行切斷信號(hào)后，把D1846=K0降速停車(chē)。后續(xù)結(jié)合程序詳細(xì)介紹。

     圖3：PMSOFT軟件界面

       步驟二：雙擊CAM 0進(jìn)入資料表單會(huì)彈出下面的區(qū)段設(shè)置表。在左邊一列設(shè)主軸長(zhǎng)度，右邊設(shè)對(duì)應(yīng)的同步倍率，也可以理解成齒輪比。同步倍率的計(jì)算，假設(shè)本測(cè)量系統(tǒng)編碼器為2500線(xiàn)，測(cè)量輪為51MM，伺服轉(zhuǎn)一周需10000 PULSE，伺服與導(dǎo)軌聯(lián)結(jié)為4：1的減速帶輪，導(dǎo)軌牙距為30MM，通過(guò)以上參數(shù)，我們可以計(jì)算出要達(dá)到線(xiàn)速度同步，輸入脈沖與輸出脈沖的頻率比例關(guān)系。
       V1=F1*3.14*51/（2500）
       V2=F2*30/(4*10000)
       由于V1=V2,所以
       F2:F1=3.14*20000*51/40*2500=21.35
       因此考慮到PLC發(fā)出頻率，與伺服接受頻率的合理性，我們把伺服齒輪比設(shè)為10，填表設(shè)為2.2，如下圖所示。分別為在測(cè)量軸600 PULSE達(dá)到速度同步，一直同步到6900PULSE, 然后是，降速到零，（這里的同步長(zhǎng)度設(shè)的比較長(zhǎng)是因?yàn)榭紤]用戶(hù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)切刀或罐裝時(shí)間延遲，必須有足夠長(zhǎng)的同步區(qū)滿(mǎn)足，）這里的參數(shù)可根據(jù)實(shí)際機(jī)械負(fù)載，機(jī)臺(tái)長(zhǎng)度，機(jī)器速度等靈活設(shè)置，比如說(shuō)，切刀或罐裝速度比較快，不需要在600PULE同步，完全可縮小同步區(qū)，以便使伺服加減速時(shí)間更長(zhǎng)等。

圖4：區(qū)段設(shè)置表

       步驟三：點(diǎn)DRAW按鈕，生成主軸位置與從軸速度的曲線(xiàn)圖，生成的圖形是按照主軸位置和從軸的速度關(guān)系，并不是主軸和從軸一一對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，比較上圖與下圖正式追剪曲線(xiàn)的區(qū)別可發(fā)現(xiàn)，需把幾個(gè)圖形依次下移。

 圖5：主軸位置與從軸速度的曲線(xiàn)圖

       要生成主軸和從軸一一對(duì)應(yīng)位置關(guān)系必須按下export按鈕，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，然后把數(shù)據(jù)再作為速度信號(hào)導(dǎo)入，即再按下import speed  DATA 按鈕，就自動(dòng)生成了上圖主軸與從軸的位置關(guān)系，速度關(guān)系，加速度關(guān)系圖，然后將程序下載啟動(dòng)，追速過(guò)程就會(huì)按此圖執(zhí)行。
（2）通過(guò)20PM的指令，生成圖形。
       上述通過(guò)軟件生成曲線(xiàn)，是過(guò)去20PM的通用過(guò)程，隨著客戶(hù)的要求，開(kāi)發(fā)了更易使用的方式通過(guò)指令生成追剪曲線(xiàn)方式。
       DTO K100 D0 D100K7
       D0=k10000 _ 建立飛剪CAM data
       D101..D100 _ 整數(shù)格式主軸長(zhǎng)度,(可為負(fù)數(shù))
       D103..D102 _ 整數(shù)格式從軸長(zhǎng)度
       D105..D104 _ 整數(shù)格式從軸同步長(zhǎng)度
       D107..D106 _ 浮點(diǎn)格式從軸同步倍率
       D109..D108 _ 浮點(diǎn)格式從軸最高倍率限制
       D110 _ 曲線(xiàn)選擇(0 const speed,1 const Acc,2SingleHypot,3 Cycloid)
       +0x8000 接續(xù)前次資料
       , +0x4000 不動(dòng)態(tài)變更
       , +0x2000 產(chǎn)生同步區(qū)頭D103..102尾D105..104)
       ?D111  結(jié)果(0 ok, 1 條件無(wú)法滿(mǎn)足, 2 CAM長(zhǎng)度不足)

       通過(guò)簡(jiǎn)單幾行程序，填入必要的參數(shù)就可以生成通過(guò)手工生成的飛剪曲線(xiàn)。這樣應(yīng)用更有靈活性。尤其對(duì)于有些工藝如紙管追切，需要經(jīng)常跟換管徑，也就相當(dāng)于變換測(cè)量輪直徑的場(chǎng)合。
三、利用高速撲捉輸出及飛剪凸輪實(shí)現(xiàn)追剪動(dòng)作
       上文介紹了生成兩種飛剪凸輪曲線(xiàn)的方法，下面接著介紹整體動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。
       這里首先需要說(shuō)明的20PM電子凸輪運(yùn)行形式，分成單凸輪模式與多凸輪模式。顧名思義其中的區(qū)別是單凸輪模式只是運(yùn)行一個(gè)凸輪軸（X軸），多凸輪模式可以運(yùn)行幾組多凸輪（X,Y,Z)但是，并不僅僅區(qū)別在這里。按理說(shuō)，本文凸輪只有一個(gè)軸，應(yīng)采用單凸輪模式。實(shí)際并不如此。
       單凸輪模式具有的模式是曲線(xiàn)可動(dòng)態(tài)變更，輸入脈沖設(shè)定形式為D1864.但是不具備判斷切刀切斷信號(hào)到了后減速停車(chē)功能。其通過(guò)指令生成的曲線(xiàn)一旦固定無(wú)法，干預(yù)其從軸根據(jù)主軸的運(yùn)行速度。也即切斷信號(hào)到了，從軸同步曲線(xiàn)未結(jié)束，仍會(huì)繼續(xù)往前走完曲線(xiàn)多凸輪模式，可三軸X,Y,Z任意選擇。也即可只運(yùn)行組多凸輪。每個(gè)軸的允許，可通過(guò)D1847,D1927到D2007設(shè)定。最大的優(yōu)點(diǎn)是是每個(gè)軸的最高跟蹤頻率可設(shè)。假設(shè)，同步區(qū)切斷信號(hào)到了。 可立即把D1840=0，同步軸就會(huì)減速停車(chē)。

       所以，本文采用多凸輪模式。多凸輪模式的計(jì)數(shù)主軸信號(hào)為C200，所以啟動(dòng)凸輪時(shí)，需同時(shí)把C200前面的觸點(diǎn)ON。把測(cè)量輪編碼器同時(shí)接到2個(gè)手搖輪輸入，一個(gè)作為凸輪跟隨，C200，(接線(xiàn)為A0，B0),一個(gè)作為長(zhǎng)度計(jì)長(zhǎng)，C204， (接線(xiàn)為A1，B1),第一次啟動(dòng)時(shí)，同時(shí)，凸輪離合，及C204計(jì)數(shù)清零，達(dá)到同步區(qū)后，輸出切刀信號(hào)，當(dāng)切斷信號(hào)到時(shí)，把D1840給零，讓追蹤伺服降速停車(chē)。判斷D1850,等于零后，也就知道當(dāng)前從軸已降速到零停止后。斷開(kāi)電子凸輪，C204不斷開(kāi)。計(jì)數(shù)料長(zhǎng)仍然繼續(xù)。然后單段速讓從軸伺服高速回零。當(dāng)C204的值與預(yù)設(shè)長(zhǎng)度相等，則，再次啟動(dòng)凸輪，D1846=H2000，C204復(fù)位從零再次計(jì)數(shù)。
      這里用到C204的高速比較清零。內(nèi)部設(shè)定好需要切斷長(zhǎng)度，等長(zhǎng)度到了C204的值由高速比較設(shè)置好后自動(dòng)清零，同時(shí)輸出CLR0信號(hào)，CLR0接到START0，切入到20PM的外部高速中斷，啟動(dòng)中斷程序INT1，INT1立即啟動(dòng)電子凸輪同步跟蹤。
       然后，周期如上循環(huán)。
四、程序詳細(xì)介紹
      下面對(duì)每行程序做一詳細(xì)介紹。

       D1816為X軸也就是追剪軸的輸出參數(shù)設(shè)置，H430的意思為歸原點(diǎn)是上升沿促發(fā)，輸出為脈沖加方向。M1035為四個(gè)外部特殊輸入點(diǎn)(START0,STOP0,START1,STOP01，作為普通點(diǎn)使用。

       MOV K3K1M1200，MOV  K3  K1M1204為設(shè)定C200，C204的計(jì)數(shù)形式。為AB相四倍頻。

       設(shè)定高速比較功能，MOVH524 D2  ,DMOV D4002 D4為一組，D2為控制字，D4為數(shù)據(jù)字。

       對(duì)照手冊(cè)，由上圖可知，MOV H524 D2  ,DMOV D4002 D4為一組，意義為C204大于等于D4002的值時(shí)，復(fù)位C204。第二組，MOV H564D6  ,DMOV K0 D8，意義為C20,等于K0的值時(shí)，置位C204，允許C204，計(jì)數(shù)。
       這兩組的功能，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是實(shí)現(xiàn)設(shè)置一長(zhǎng)度。到時(shí)立即復(fù)位。再次循環(huán)計(jì)數(shù)。MOV H24 D10,DMOVK0D12為一組，意義為C204大于等于K0的值時(shí)，輸出CLR0；第二組，MOV H64D14,DMOV K20 D16，意義為C204,大于等于K20的值時(shí)，復(fù)位CLR0,這兩組的功能，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是實(shí)現(xiàn)C204。到零時(shí)輸出一個(gè)CLR0，脈寬為20個(gè)PULSE.這個(gè)CLR0，接到STAR0，用來(lái)促發(fā)下次凸輪離合，在中斷1里促發(fā)凸輪合上，D1400的0-4位，分別對(duì)應(yīng)允許時(shí)間中斷，START0，STOP0，START1，STOP1.比如MOV K2  D1400就是允許中斷1.中斷1里的程序如下圖：

圖：中斷1里的程序

       下面的程序?yàn)榘锤袷?，?xiě)入上述定義的控制字。比如修改追剪的長(zhǎng)度時(shí)，就需要改變上述的數(shù)據(jù)寄存器，重新寫(xiě)入一次。TO K253 K1 D0 D10.為設(shè)定高速比較輸出功能命令。

       以上程序?yàn)樵O(shè)定C204的高速計(jì)數(shù)，到長(zhǎng)度復(fù)位，從新計(jì)數(shù)。并且，計(jì)數(shù)到位后輸出CLR0，產(chǎn)生中斷啟動(dòng)電子凸輪。
       下面的整體過(guò)程從M150-M160開(kāi)始為開(kāi)始啟動(dòng)。順序要從下往上看。之所以要倒著順序，便于每次設(shè)ON后，在下個(gè)掃描周期了解執(zhí)行狀態(tài)。

       以上程序全部經(jīng)過(guò)測(cè)試無(wú)刪除，客戶(hù)按照?qǐng)D片鍵入可完全實(shí)現(xiàn)精確高速可變同步區(qū)長(zhǎng)度的追剪控制。目前很多伺服系統(tǒng)固定了追剪功能，但是一旦需要改動(dòng)，就要費(fèi)很大周折。20PM具有普通PLC靈活編程功能，又具有靈活的電子凸輪的功能，可完全使用與于通用與專(zhuān)用高速追剪場(chǎng)合。

作者簡(jiǎn)介：
       余強(qiáng)，出生于1969 年 12 月，畢業(yè)于安徽機(jī)電學(xué)院電氣工程系工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，曾就職于信息產(chǎn)業(yè)部第八研究所和科大創(chuàng)新股份有限公司自動(dòng)化分公司工程部，現(xiàn)就職于中達(dá)電通股份有限股份有限公司PLC產(chǎn)品開(kāi)發(fā)處，主要專(zhuān)注于PLC在自動(dòng)化的高端運(yùn)用，包括各類(lèi)機(jī)械設(shè)備的精密運(yùn)動(dòng)控制及工程項(xiàng)目的過(guò)程控制的研究與市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。