時(shí)間:2016-11-16 14:26:05來源:黃飛紅
一、前言
當(dāng)前在飛剪及類似設(shè)備的應(yīng)用中,大多依靠?jī)?nèi)置電子凸輪的伺服驅(qū)動(dòng)器或PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊中的電子凸輪功能塊進(jìn)行集成,此方案雖然方便,但對(duì)于初級(jí)電氣工程師掌握電子凸輪的原理沒有大的幫助,其內(nèi)置的凸輪曲線也不能隨意的編輯,靈活性方面明顯不足。
如果能有一種提供最大自由度的方案,可以讓現(xiàn)場(chǎng)工程師靈活地編輯凸輪軌跡并實(shí)時(shí)地看到伺服電機(jī)的運(yùn)行效果,則可大大提高調(diào)試效率,并且讓中低水平的電氣工程師快速成材。本文試圖實(shí)現(xiàn)這一理想。
二、飛剪原理
一般飛剪的示意圖如下:
P0、P1接收編碼器脈沖,根據(jù)測(cè)量輪的周長(zhǎng)來獲得工件的當(dāng)前長(zhǎng)度。
P2、P3接收伺服驅(qū)動(dòng)器反饋脈沖,獲取切刀的當(dāng)前位置,并用PLC中高速計(jì)數(shù)器的中斷功能獲得切點(diǎn)信號(hào)(復(fù)位P0、P1計(jì)數(shù)器)。當(dāng)前原點(diǎn)開關(guān)有信號(hào)時(shí)用高速計(jì)數(shù)器的預(yù)設(shè)功能將其歸零。
根據(jù)客戶的設(shè)定長(zhǎng)度,減去剪刀從原點(diǎn)運(yùn)行到切點(diǎn)需要的提前量,即是剪刀啟動(dòng)時(shí)的主軸位置。
剪刀啟動(dòng)后,PLC根據(jù)斷電保持寄存器R區(qū)中存儲(chǔ)的凸輪軌跡運(yùn)行,到切點(diǎn)時(shí)復(fù)位當(dāng)前長(zhǎng)度,碰到原點(diǎn)開關(guān)后停止運(yùn)行,等待下一次啟動(dòng)。
三、數(shù)據(jù)換算
根據(jù)精度要求,可以使用mm或脈沖做單位,這里以脈沖舉例。
主軸脈沖計(jì)算公式:
設(shè)定長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)脈沖=設(shè)定長(zhǎng)度÷(測(cè)量輪周長(zhǎng)÷編碼器分辨率)
為方便在PLC中用整數(shù)運(yùn)算,公式變?yōu)椋?/p>
設(shè)定長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)脈沖=設(shè)定長(zhǎng)度×編碼器分辨率÷測(cè)量輪周長(zhǎng)
剪刀尖運(yùn)行一周的脈沖計(jì)算公式:
剪切脈沖=伺服電機(jī)電子齒輪分母×減速機(jī)速比
四、軌跡生成
在CAD中畫出伺服的運(yùn)行曲線和主軸的等分采集點(diǎn):
圖中X方向代表主軸即編碼器的位置,Y方向代表從軸即剪刀的位置。工程師可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制精度的需求來決定將主軸分割成多少等份,分得越多,從軸的運(yùn)行越平滑。
曲線可以是樣條曲線、多段線或直線的組合,原則是要生成足夠平滑的軌跡。
將分割線超出曲線的部分剪切掉:
各分割線的長(zhǎng)度即是要輸入到PLC斷電保持寄存器R區(qū)的凸輪數(shù)據(jù)。
如果點(diǎn)數(shù)不多,可以考慮在編程軟件XG5000的設(shè)備在線監(jiān)控窗口中手工輸入。
為方便更多點(diǎn)數(shù)的批量導(dǎo)入,筆者開發(fā)了一套輔助軟件,下面介紹用軟件進(jìn)行點(diǎn)位數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入到PLC操作方法。
LSCAM軌跡生成器的界面如下:
為適應(yīng)用戶與PLC連接的不同方式,本軟件不直接與PLC通信,而是生成R寄存器的設(shè)備文件,再通過XG5000的設(shè)備監(jiān)控窗口導(dǎo)入PLC,這樣不管客戶是使用USB、Ethernet還是COM口方式,都能完成導(dǎo)入操作。
本軟件支持LS大部分系列的PLC,可以在窗口中事先選擇好PLC系列。
點(diǎn)擊“激活A(yù)utoCAD”按鈕,建立本軟件與CAD軟件的連接。如果CAD軟件沒有打開,本操作將啟動(dòng)AutoCAD,當(dāng)然,操作者的電腦里必須事先安裝好了CAD軟件。
當(dāng)“連接繪圖空間”按鈕變?yōu)橛行r(shí),點(diǎn)擊它以連接當(dāng)前的CAD空間模型,成功后,之前所有無效的按鈕變?yōu)橛行А?/p>
點(diǎn)擊“添加分割線”按鈕,出現(xiàn)如下窗口:
主軸長(zhǎng)度與從軸長(zhǎng)度可以設(shè)定成實(shí)際的脈沖數(shù)量或長(zhǎng)度單位,也可以對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放,以方便在CAD中更方便地畫線,縮放的數(shù)據(jù)可以在PLC的程序中還原。
刻度是主軸長(zhǎng)度等分后每份的相對(duì)長(zhǎng)度,例如:200÷5=40,就是說主軸要等分成40份,這里要盡量不使主軸等分后不余余數(shù),否則可能影響精度。
點(diǎn)擊“確定”按鈕,CAD圖形如下圖:
畫上曲線并修剪好后如下:
在軟件中選擇好接收數(shù)據(jù)的開始R寄存器,再點(diǎn)擊“獲取點(diǎn)位”按鈕:
可以看到,數(shù)據(jù)被提取到了表格中,然后點(diǎn)擊“生成文件”按鈕,保存成“*.rm”類型的文件。
打開XG5000軟件,連接上PLC,打開設(shè)備監(jiān)控窗口,在離線狀態(tài)下導(dǎo)入所保存的文件,然后再連接上PLC,將數(shù)據(jù)寫入PLC。
五、PLC編程思路
軌跡有了,編程就簡(jiǎn)單多了。
當(dāng)前點(diǎn)位=編碼器當(dāng)前值÷刻度
將當(dāng)前點(diǎn)位輸入到索引寄存器Z中,實(shí)時(shí)索引R中的數(shù)據(jù),如:R10[Z0]。
索引到的數(shù)據(jù)就是從軸當(dāng)前的目標(biāo)位置。
點(diǎn)與點(diǎn)之間也需要做平滑處理:
編碼器點(diǎn)間數(shù)據(jù)=編碼器當(dāng)前位置-刻度×當(dāng)前點(diǎn)位
從軸點(diǎn)間數(shù)據(jù)=(后一點(diǎn)數(shù)據(jù)-當(dāng)前點(diǎn)數(shù)據(jù))×編碼器點(diǎn)間數(shù)據(jù)÷刻度
從軸目標(biāo)位置=當(dāng)前點(diǎn)數(shù)據(jù)+從軸點(diǎn)間數(shù)據(jù)
獲得從軸當(dāng)前的目標(biāo)位置后,不間斷地用DST指令的絕對(duì)定位模式進(jìn)行控制輸出脈沖,速度可以指定最高脈沖頻率。
需要注意的是:當(dāng)剪刀到切點(diǎn)致使編碼器的當(dāng)前位置歸零時(shí),為使從軸按照凸輪軌跡平滑運(yùn)行,必須進(jìn)行如下的數(shù)據(jù)處理:
如果(編碼器當(dāng)前位置<凸輪對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度)
主軸當(dāng)前長(zhǎng)度=切點(diǎn)對(duì)應(yīng)的主軸位置+編碼器當(dāng)前位置。
當(dāng)剪刀運(yùn)行到原點(diǎn)開關(guān)時(shí),停止運(yùn)行。
六、結(jié)束語
對(duì)于非科班出身的電氣工程師來說,電子凸輪往往是不容易跨過去的一道坎兒,自動(dòng)
化廠商在PLC或伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的底層實(shí)現(xiàn),且為了技術(shù)保密而諱莫如深,更增加了神密感,使許多工程師對(duì)內(nèi)置電子凸輪的產(chǎn)品青睞有加,卻不去深究原理。
因?yàn)長(zhǎng)S小型PLC具備幾個(gè)特殊的定位指令,使之成為自定義電子凸輪的不二選擇,不但成本低廉,而且方便靈活。當(dāng)然,別的品牌的PLC也有可能實(shí)現(xiàn),需要聰明的電氣工程師們發(fā)揮想象力。
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