中達電通股份有限公司應用方案：台達20PM在精密衝壓成型機上的應用

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台達20PM在精密衝壓成型機上的應用

中達電通股份有限公司

    摘　要: 本文主要介紹精密衝壓成型機的生產工藝，及通過台達運動型控製器20PM電子凸輪功能配合台達高性能ASD-A+伺服驅動器的實現方式。

    關鍵詞：精密衝壓成型機；20PM；多組電子凸輪；虛擬主軸；CAM曲線偏移；CAM曲線平滑

1、引言

    一般普通衝壓成型機如：chongchuang，zhuyaoshitongguomadadaidongfeilun，chuandongzhipianxinquzhou，congerdaidongchongyamoshangxiayundong，wanchenggongjianchongyaguocheng。zhezhongchuantongdechongyafangshi，shangmosuimotoushangxiayundong，xiamoguding，yitaomojuzhinengshengchandanyichanpin，zaoyinda，tiaomoshijianchang，shengchanxiaolvdi；本章介紹精密衝壓成型機上模、母模、浮動、送song料liao全quan部bu采cai用yong伺si服fu驅qu動dong，整zheng套tao模mo具ju都dou是shi活huo動dong的de，通tong過guo各ge個ge活huo動dong模mo的de位wei置zhi關guan係xi同tong一yi套tao模mo具ju就jiu可ke以yi生sheng產chan不bu同tong規gui格ge的de產chan品pin，設she備bei調tiao試shi時shi間jian短duan，生sheng產chan工gong藝yi更geng加jia靈ling活huo，可ke以yi滿man足zu客ke戶hu高gao精jing度du、高效率衝壓精密工件的複雜要求。

    台達DVP-20PM00D是一款專用運動控製型PLC，其高速的運算處理能力和靈活的電子凸輪功能，可以很好地實現各活動模運動軌跡控製、邏輯動作控製、直線/圓弧插補控製等，解決了傳統衝壓成型機噪音大、產品單一、調機時間長、精度低等問題。

    本文基於台達20PM型號PLC產品配合台達高性能ASD-A+伺服驅動器來實現精密衝壓成型機的控製，為業界起到重要的借鑒作用。

2、係統電氣配置

                            表1  係統電氣配置表

3  係統控製架構
係統控製架構如圖1所示。


                            圖1 係統控製架構圖

4  係統功能實現
4.1  電子凸輪的實現方式
    （1）X/Y/Z軸係統參數初始化
    a)工作模式設定:單位、倍率、脈衝形式、原點回歸方式、坐標係，參數設置如表2所示。
X軸：D1816；Y軸：D1896；Z軸：D1976。

                            表2  X/Y/Z軸係統初始化參數設定表

    b)參數設定：馬達運轉一圈脈衝數/移動距離、最高速度、激活速度、原點回歸速度、原點複位速度、單段速定位速度；
    X軸：D1818～D1832；Y軸：D1898～D1912；Z軸：D1976～D1992.

    （2）凸輪工作模式設定
    X軸：D1847；Y軸：D1927；Z軸：D2007. 工作模式設置如表3所示。

                            表3  X/Y軸工作模式設定表

    D1847/D1927/D2007的bit11=1,就開啟該軸為電子凸輪的從軸。同時也可以通過此功能設定Y/Z從軸是否參與電子凸輪運動。

    （3）主軸來源
    獲取主軸位置有多種方法：一是采用虛擬軸，計算簡單準確；二是從主軸編碼器或伺服脈衝獲取，將主軸編碼器信號進行處理；三是從測量編碼器獲取。獲得編碼器信號之後，將其換算成主軸位置；本案采用的虛擬主軸方式，通過20PM特有功能，無需配線即可方便實現多個電子凸輪從軸共享一個虛擬主軸。
    本案采用虛擬主軸方式。虛軸訊號可以啟動M1909讓第一台20PM的Y軸作為虛擬主軸，第一台及後續20PM的X軸執行電子凸輪從軸，M1910可以控製從軸是否追隨虛擬主軸。M1909和M1910的相關連線圖如圖2所示。

                            圖2  M1909和M1910的相關連線圖

    多個20PM共享一個虛擬主軸處理方式，而且無需擔心虛擬主軸經多個20PM後通訊延遲和信號衰減。
    1#20PM   M1909=1,M1910=0；
    2#20PM   M1909=0,M1910=1；
    3#20PM   M1909=0,M1910=1。

    （4）電子凸輪齧合
    實際上是獲取主從軸之間的關係（稱之為cam table）。cam table有兩種方法表述：一是采用X、Y的點對點關係；二是采用兩者的函數關係。X-Y軸運轉命令設置如表4所示。

                            表4  X-Y軸運轉命令設置表

    X軸運行命令D1846=H2000,電子凸輪齧合模式激活。如果Y軸也為從軸D1927不需要單獨設定。

4.2  電子凸輪曲線生成
    a)CAM Chart建立
    CAM 曲線上主要分為4個部份分別為主從軸相對位置、主從軸相對速度、主從軸相對加速度、及最下方的數據設定。

    前三部份用來顯示使用者所設定的CAM Data，其中橫軸的部份皆為主軸的位置，縱軸分別為從軸的位置，從軸跟主軸的速度比，從軸跟主軸的加速度比。在數據的輸入上 CAM Data 有兩種方法表述：
    一是采用主從軸的函數關係；二是采用兩者的點對點關係。
    此處采用第二種方式，配合台達觸摸屏強大的配方功能實現主軸角度、從軸位置的靈活輸入、保存；上位機參數設置圖如圖3所示。

                            圖3   上位機參數設置圖

    b)CAM data動態修改
    DVP-PM透過 DTO/DFROM 二個指令動態修改 CAM Data ，使用者可以在程序中依照不同的條件動態修改 CAM Data 形成不同的凸輪曲線。CAM Data 是浮點數型態，所以使用動態寫入的數據要先使用 DFLT 指令轉成二進製浮點數。

4.3  電子凸輪曲線偏移

    CAM表生成後，主軸從軸位置關係就確定下來。根據工藝要求該電子凸輪起始點並非0點，需偏移到指定角度280度位置開始運行，此時各個從軸位置相距最遠；因此必須通過電子凸輪偏移功能，透過CAM Chart查詢到偏移角度所對應各個從軸的位置量，並單段速定位，以確保凸輪齧合時候各個從軸位於偏移位置點。相關梯形圖如圖4所示。

                            圖4  電子凸輪相關設置梯形圖

    a) 電子凸輪曲線偏移功能
    電子凸輪主軸偏移量：D1863..D1862；起始角度偏移標誌：M1752。
    b) 當前位置寫入使能
如表5所示：

                            表5 當前位置寫入使能表
    c) 從軸位置同步更新
    X軸：M1750；Y軸：M1830；Z軸：M1990

4.4  周期電子凸輪停止

    周期式電子凸輪周期結束標誌位M1813,通過該標誌位可以計算電子凸輪周期隻執行的次數。其停止方式可以分成兩種：
    電子凸輪主軸周期停止位置：D1819..D1818；電子凸輪周期停止標誌：M1841
    1）  暫停：直接停止主軸，但保持齧合狀態；主軸再運行時，各從軸從停止點繼續按CAM曲線方式運行。如圖5所示:

                            圖5  電子凸輪暫停梯形圖

    2）  周期停止：可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)要(yao)求(qiu)指(zhi)定(ding)主(zhu)軸(zhou)停(ting)止(zhi)角(jiao)度(du)，當(dang)檢(jian)測(ce)到(dao)周(zhou)期(qi)停(ting)止(zhi)信(xin)號(hao)時(shi)，主(zhu)軸(zhou)幷(幷)不(bu)立(li)即(ji)停(ting)止(zhi)，而(er)是(shi)繼(ji)續(xu)運(yun)行(xing)到(dao)所(suo)設(she)定(ding)主(zhu)軸(zhou)角(jiao)度(du)位(wei)置(zhi)，同(tong)時(shi)各(ge)從(cong)軸(zhou)也(ye)根(gen)據(ju)CAM曲線停止在該角度對應位置，電子凸輪仍然保持齧合。主軸再運行時，各從軸從停止點繼續按CAM曲線方式運行。如圖6所示：

                            圖6   電子凸輪周期停止梯形圖

4.5  電子凸輪曲線平滑

    采用點對點方式生成CAMdata，由於設定點數的限製，CAM曲線相對比較粗糙，伺服馬達在運行的過程中會出現明顯的噪音，如果采用伺服P1-08參數限製，又會導致命令的延遲或變形，所以必須對CAM曲線進行細化(最大2048點),以保證速度曲線平滑。如圖7所示：

                            圖7  電子凸輪曲線平滑梯形圖

    （1） B樣條曲線
    如圖8所示：

                            圖8  B樣條曲線圖

    平滑結果：速度、加速度平滑，但不經過原始點，插入的點數和平滑係數再高也隻能無限靠近原始點。

    （2）C樣條曲線
    如圖9所示：

                            圖9  C樣條曲線圖

    平滑結果：速度、加速度平滑，也經過原始點，但會出現衝現象；

    （4）CC樣條曲線
    如圖10所示：

                            圖10  CC樣條曲線

    平滑結果：速度、加速度平滑，也經過原始點，無過衝現象；

    （5）擺線Cycloid
    如圖11所示：

                            圖11  擺線Cycloid  曲線

    平滑結果：速度、加速度平滑，也經過原始點，無過衝現象；從軸以設定最大速度做區間定位。
5 結語

    目前該設備已經投入使用，生產效率及重複定位精度均滿足客戶要求，並已申請專利。台達20PM運動型PLC靈活的電子凸輪功能：CAM曲線自動生成、動態修改、偏移、平(ping)滑(hua)等(deng)為(wei)精(jing)密(mi)成(cheng)型(xing)機(ji)提(ti)供(gong)了(le)良(liang)好(hao)的(de)技(ji)術(shu)基(ji)礎(chu)，同(tong)時(shi)單(dan)個(ge)虛(xu)擬(ni)主(zhu)軸(zhou)多(duo)個(ge)從(cong)軸(zhou)運(yun)動(dong)方(fang)式(shi)為(wei)多(duo)軸(zhou)協(xie)調(tiao)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。可(ke)推(tui)廣(guang)應(ying)用(yong)於(yu)機(ji)械(xie)手(shou)搬(ban)運(yun)填(tian)充(chong)、噴塗等多軸運動場合。

【參考文獻】
[1] 台達全係列可編程序控製器  台達內部資料  2008
[2] 郭宗仁等. 可編程序控製器應用係統設計及通信網絡技術. 人民郵電出版社，2002
[3] 宋伯生.可編程序控製器.中國勞動出版社， 1993.