基于20PM运动控制器的高速程控切坯机

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摘 要：在分析切坯机运动控制原理的基础上，重点论述基于台达运动控制型PLC系统应用设计。利用20PM运动控制器的电子凸轮功能很好的解决了高速切割时出现的不等长等问题。
关键词：曲柄滑块机构 20PM 电子凸轮

1 引言

在国家生态建材政策强有力的推动下，砖瓦机械行业近年来得到了快速发展。新型大型制砖砌块机械比比皆是，自动切坯机、码坯机、破碎机、现代窑炉及其附设设备等品种齐全。双级真空挤出机、自动码坯机等产品不断出口创汇，砖瓦机械制造技术力量壮大，既能生产普通型多孔砖、空心砖；又能生产高强度，多孔薄壁大块，保温性能好的承重砌块，满足黏土外的页岩、煤矸石、粉煤灰等原料的生态建材设备需求。

2 切坯机原理设计

2.1 设计要求

切坯机既要满足页岩、煤矸石为原料的标砖、多孔砖、大型砌块的切坯，也要适合粉煤灰粘土双泥条高产量挤出后的切坯。切坯规格大，范围广，可生产大型砌块、上下双泥条和平置双泥条（S型）。切割宽度最大550mm，最高高度260mm。更换砖型灵活，行程可调，适应多种砖型和组合方式。切割长度精确，调节快捷，定位准。可实现无泥头，节约耗电量，提高产量。运行平稳、刹车回位好、自控直线切坯。

2.2 切坯运动控制分析

切坯机主传动为一偏置曲柄滑块机构，带动传送皮带与切坯装置。要求随着泥胚的出条速度和位置变化，实时改变旋转伺服的速度及位置，伺服控制的偏置式曲柄滑块机械原理如图1所示。

从运动学观点出发,通过实时改变曲柄滑块机构输入曲柄的角速度,可使滑块的输出运动满足特定的要求,使该机构在刚性结构不变的情况下，满足多种任务需要。角速度实时控制要求得到伺服输入曲柄滑块机构的控制模型,根据所得的模型控制伺服电机,使输入曲柄的速度位置按需要改变,可以获得希望的输出运动速度位置。

客户设备原采用普通PLC控制，一直无法很好地满足生产需求，主要问题在于偏置曲柄滑块机构的运动公式极为复杂，普通PLC受到海量运算能力制约，几乎不可能实现主轴编码器与从轴伺服之间按照复杂的公式严格的位置对应关系控制，实现不了控制精度，以致于切割不齐，需要工序反复。

2.3 20PM高速同步切坯解决方案分析

台达DVP-20PM00D是一款具有运动控制专用功能的可编程控制器。DVP-20PM00D的最大特点是PLC主机直接提供电子凸轮功能，采用独立运动处理芯片，实时处理主从轴之间的运动关系, 2轴同步控制时间小于0.5ms, 从而保证高速时主轴与从轴之间的位置和速度关系，从而解决了位置同步的问题。或者说DVP-20PM00D是内置电子凸轮功能的PLC,所以有些场所直接称呼DVP-20PM00D为台达20PM运动控制器。

切坯运动控制正是利用了20PM运动控制器的电子凸轮功能很好的解决了上述高速切割时出现的不等长等问题。20PM具有2路500KHz的输入与输出，在电子凸轮功能中定义X轴为从轴，编码器输入轴为主轴，当定义好CAM Table后，从轴依据定义的曲线跟随主轴运动。采用高速双CPU结构形式，利用独立CPU处理运动控制算法解决海量运算，可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制，直线/圆弧插补控制等。通过20PM的凸轮表功能很方便的导入公式，让伺服的运行完全按照设定的轨迹。达到对伺服每个角度精确控制的目的。20PM主要特点：

（1）20PM适用于高速、高精度、高复杂的运动控制场合；
（2）多段速执行及中断定位；
（3）64K 大容量, 内置Flash存储体；
（5）两组差分脉冲输出，最高脉冲输出达500KHz；
（6）两组手摇轮控制；
（7）内置电子凸轮功能，轻松实现绕线、飞剪、追剪等应用；
（8）支持PLC顺序逻辑控制及NC控制(G 码与M码)。

3 20PM切坯机编程

客户要求编码器位移（主轴）与伺服旋转角度（从轴）公式：

S=R*[1+R/4L-COS(πθ/１８０）－（ｅ/Ｌ）＊ＳＩＮ(πθ/１８０）－（４Ｒ/Ｌ）COS(πθ/１８０）

通过excel把编码器位移（主轴）与伺服旋转角度（从轴）公式转换为脉冲关系导入20PM：

这样极为复杂的公式在20PM里就可得到轻松的实现。同时，20PM在内部把主从轴数据完全通过实数方式存储起来，程序可很方便的通过TO和from指令读写整个凸轮数据。使程序具有更大的灵活性：

4 结束语

高速程控切坯机应用20PM电子凸轮解决方案，经过实际应用，完全达到精度要求。这个案例说明其应用领域可以扩展到其它类似主轴与从轴有复杂位置，速度同步公式的自动化运动控制工程。

中国年产6000亿块标砖的砖瓦制造业产量不仅支撑了建筑业的发展，而且在资源节约、废渣利用、节能降耗等方面，也取得了较好的社会综合环境效益。JC/T 963-2005 墙材工业用自动切坯机等国家标准的发布使得砖瓦机械工业发展得到重要保障。烧结砖机械技术水平虽已得到快速提升，但距世界先进水平仍存在差距，工业自动化技术是提升砖瓦机械制造业产品创新最有效的途径。(end)