基于臺達運動控制型PLC的數控高速護角機

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。紙護角廣泛應用于電子電器、高科技產品、家倶等產品的包裝和運輸。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，實現中重型全紙質自然降解環保包裝。紙護角包裝操作簡易方便，抗壓堆垛承重堅固，是國際物流業的先進包裝技術。
上海某包裝機械設備制造商客戶的數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，在同步區和送料速度一致，完成剪切，迅速反向返回。該客戶設備原采用普通PLC控制，無法穩定實現追剪定長切割控制生產需求，主要問題在于高速運行時同步精度差。基于設備需求，臺達提供了DVP-20PM00D運動控制型PLC的電子凸輪解決方案，經過實際應用，完全達到客戶預期要求。
2 臺達DVP-20PM00D解決方案
高速數控護角機由機架、測量機構、切刀機構、皮帶傳動和電控系統組成，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，數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；
（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）內置電子凸輪功能，輕松實現繞線、飛剪、追剪等應用；
（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，通過編碼器輸入到PLC內置高速輸入點，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，同時編碼器的數值與預設長度的數值比較,達到預設值時，比如650PULSE,產生中斷,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，因此會出現定長不均勻等問題，嚴重影響成品的質量。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，能夠實時處理主從軸之間的運動關系，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系，解決高速時長短不一的問題，達到客戶設備極限50米的生產速度，誤差基本上在0.1MM之內 。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定如圖4所示。圖示追剪控制的CAM（數控編程）圖，與飛剪控制的CAM圖有些變化，觀察CAM的速度關系圖，運動機構反復運轉，在同步區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，無須經過PLC程序掃描。因此，克服了過去高速時定長誤差大，電機經常過沖等問題。

3 結束語
通過20PM在高速護角機切割設備成功應用，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（數控編程）功能。