[嵌入式设计]管材同步追剪控制系统设计.doc

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1、 毕业设计（论文）管材同步追剪控制系统设计院 别控制工程学院专业名称测控技术与仪器班级学号 学生姓名 指导教师 清2012年6月15日管材同步追剪控制系统设计摘 要工业制管机是一种将钢带制成圆管的装置。为了将管材加工成一定长度，就需要与制管机相配套的管材切割机。目前由制管机制造出的管材切割大多采用静态切割方式，这种加工方法由于夹紧装置长时间夹紧释放造成装置的磨损，造成在夹紧瞬间夹紧装置与管材之间产生滑动，定长精度不高，一般误差在8mm左右。为了保证加工精度，提高工作效率，设计研制一套高精度管材动态追剪系统十分必要。本文设计一种同步追剪式动态切割系统，系统切台与钢管管材同步运动，在切割时锯与钢管

2、切割位置相对静止，不用夹紧装置夹紧钢管。无磨损，无相对滑动，保证了切割精度。本论文根据管材实际的加工要求，对同步追剪控制系统进行总体方案分析与设计，确定了同步动态跟踪算法，保证钢管运行速度与切台运行速度同步时，锯能准确定位在切割位置。选用了内置电子凸轮的台达运动型PLC控制器20PM00D，计算设计了主轴长度、从轴长度、同步区长度、同步倍率、最高倍率限制、生成曲线形式、曲线生成结果等参数。采用TO/FROM指令编写并生成追剪曲线。本论文切割机控制系统包括机械与电气两大部分。按各个参数要求对系统中的机械与电气装置进行了选型设计。采用2500线的光电编码器测量管材速度与长度，切台传动装置采用直线导

3、轨与丝杠，采用伺服电机与伺服驱动器作为执行机构。并编写了PLC控制程序和触摸屏应用程序。关键词：同步追剪控制，电子凸轮，20PM00D控制器The Design Of Pipe Synchronous Chase Shear Control SystemAuthor：Li Su Tutor：Qi ShiqingAbstractIndustrial pipe machine is a device for steel strip pipe. In order to process a certain length of pipe, it needs the pipe cutting machin

4、e matching with tube making machine. At present the pipe cutting machine mostly uses the static cutting mode, The processing method of clamping device for clamping caused for wear due to the long time release, resulting in sliding between pipes and the clamping device at the moment of clamping. Fixe

5、d length precision is not high and the general error is 8mm. In order to guarantee the machining accuracy, improve work efficiency, it is very necessary to design and development of a high precision tube dynamic after cutting system.This paper design a synchronization dynamic chase cut control syste

6、m. This system of cutting machine with steel tube synchronous motion, when in cutting saws and pipe cutting position relative to the stationary, without clamping device for clamping pipe. No wear, no relative sliding, ensure the precision of cutting. In this paper according to the actual requirement

7、s of pipe processing, synchronous dynamic chase control system carried out the overall program design and analysis, determined the synchronous dynamic tracking algorithm, guarantee the pipe cutting machine running speed and running speed synchronization, saw accurate positioning on the cutting posit

8、ion. Selection of built-in electronic cam motion controller of PLC is 20PM00D, calculation of the design of a spindle length, from the shaft length, length, synchronization, synchronization rate highest rate limit, yield curve, curve form results generated parameter. Using TO/FROM preparation of ins

9、tructions and generates the shear curve. In this paper the cutting machine control system includes the two parts of mechanical and electrical. According to the requirements of various parameters on system of mechanical and electrical equipment for the type design. The 2500 lines of the photoelectric

10、 encoder measurement pipe speed and length, cutting machine transmission device adopts the linear guide rail and screw, the servo motor and servo driver as the executing agency. And the preparation of the control program of PLC and touch screen applications.Key Words: Chase cut control synchronously

11、，Electronic cam，20PM00D controller目 录目 录IV1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2切管机的研究现状21.2.1 国内外发展情况21.2.2切管机的发展方向31.3本文的设计思路41.4本设计所做的主要工作51.4.1 主要内容51.4.2 章节安排52 总体方案设计62.1 管材动态追剪控制系统组成与工作原理62.1.1系统组成62.1.2工作原理72.2系统总体框图82.3各模块的方案选型82.3.1编码器的选型82.3.2控制器的选型112.3.3 人机接口模块方案选型132.3.4伺服驱动器和伺服电机的选型142.4电控系统连接图153 电控

12、系统硬件设计173.1台达20PM00DPLC控制器电子凸轮功能简介173.1.1追剪控制中电子凸轮的主轴长度与从轴速度的关系173.1.2 20POM00D电子凸轮的实现方式183.1.3台达20PM00D运动控制器电子凸轮功能介绍183.2输入电路设计193.3输出电路设计203.4伺服电机和伺服驱动器的连接223.5人机接口模块电路设计223.6主控电路设计224 软件系统设计254.1控制系统参数运算254.1.1 运动参数计算254.1.2伺服驱动器参数设置264.1.3 电气控制装置算法设计274.2测长测速294.2.1管材长度测量294.2.2管材速度测量294.3追剪曲线的生

13、成314.3.1追剪曲线的生成方法一314.3.2追剪曲线的生成方法二324.4追剪切割过程384.5人机接口394.5.1触摸屏参数设置394.5.2控制画面404.5.3自动控制404.5.4手动控制414.5.5触摸屏报警设置424.6追剪系统逻辑控制过程43总 结45致 谢46参考文献47附 录49附录A 英文文献及翻译49附录B PLC与输入输出回路接线图62附录C 飞剪控制梯形图631 绪论1.1 课题研究背景及意义在钢管行业，有很多客户需要把生产出的钢管在高速送料的情况下按照一定长度定长切断。工业制管机是一种将钢带制成圆管的装置。首先通过模具将钢带逐渐制成圆管，之后用氩弧焊机焊接

14、无缝圆管。切割机完成定长夹紧，锯切，卸料，计量等工序。切管机是管材加工及应用行业的专用加工设备。适用于各类管材的切断及倒角加工。此种设备除送料为了调整方便采用手动外，其余工序可采用可编程控制器（PLC）作为核心控制组件的控制系统全部自动完成。PLC的应用可使系统的控制和调整简单，运行可靠，这不仅避免了传统的继电器逻辑控制线路体积庞大、故障率高、维护困难的缺点，又克服了单片机控制系统成本高，接口处理及编程相对复杂等缺点。适用于大批量的专业化生产。目前由制管机制造出的管材切割大多采用静态切割方式，即管材长度达到设定尺寸时，控制系统使夹紧装置夹紧管材，管材带动切台一起移动，对位静止切割，切割完成松开

15、管材，切台返回。此方式优点是系统结构简单，控制方便，造价较低。这种加工方法由于夹紧装置长时间夹紧释放造成装置的磨损，造成在夹紧瞬间夹紧装置与管材之间产生滑动，定长精度不高，一般误差在8mm左右。为保证加工精度，需要预留一定长度，后续加一道切头工序，造成人力物力上的浪费。为了保证加工精度，提高工作效率，在用工紧张的社会背景下，设计研制一套高精度管材动态追剪系统十分必要。本毕业设计设计的追剪系统，是同步式剪切系统中的一种，其他还有飞剪，旋切。它们之间最大的区别是：追剪是往返运动，而飞剪是为同向运动。新的切管控制系统称为追剪式动态切割，系统切台与钢管管材同步运动，在切割时锯与钢管切割位置相对静止，不

16、用夹紧装置夹紧钢管。无磨损，无相对滑动，保证了切割精度1。 图1.1 切割机结构图图1.1是原有的切割机结构图，是通过继电器逻辑控制进行静态切割，即当钢管长度达到了设定切割长度时，控制器使夹紧装置夹紧钢管，同时钢管带动切台一起移动，到达切割位置，进行定位静止切割，切割完成后，控制器使夹紧装置松开钢管，切台返回。1.2切管机的研究现状1.2.1 国内外发展情况 随着信息技术的不断发展，数字化技术在不同领域正发挥着日益重要的作用。数字化同样成为国产切管机发展的重要方向。随着现代机械加工业地发展以及数控切割机的应用逐渐广泛，企业对切割的质量、精度要求也在不断的提高，数控切割下料，已经在相当程度下料作

17、业上代替手动或者半自动切割机下料。这对提高生产效率、降低生产成本产生了积极的影响。而在钢管数控切割方面，传统的全自动切管机，亦称马鞍孔切割大多采用手工画线切割和靠模切割，及采用一些自制的半自动切割机进行切割，已经完全不能满足相贯线切割机效率和切割精度的需要，特别是一些高难度无限回转打坡口上面，手动切割是完全达不到切割要求。市场需要具有高智能化的自动切割功能的钢管切割机。(1).贯线切割机的发展从现在几种通用数控切割机应用情况来看，火焰全自动切管机功能及性能已比较完善，其材料切割的局限性（只能切割碳钢管），切割速度慢，生产效率低，其适用范围逐渐在缩小，市场不可能有大的增加。 等离子全自动切管机具

18、有切割范围广（可切割所有金属材料），切割速度快，工作效率高等特点，未来的发展方向在于等离子电源技术的提高、数控系统与等离子切割配合问题，如电源功率的提升可切割更厚的板材；精细等离子技术的完善和提高可提高切割的速度、切面质量和切割精度；数控系统的完善和提高以适应等离子切割，可有效提高工作效率和切割质量。 (2)专用全自动切管机的发展 全自动切管机适用于各种管材上切割圆柱正交、斜交、偏心交等相惯线孔、方孔、椭圆孔，并能在管子端部切割与之相交的相惯线。这种类型的设备广泛应用于金属结构件生产，电力设备、锅炉业、石油、化工等工业部门。大千世界，物态万千，任何事物的存在都不是一成不变的，我国的切管机行业也

19、无不例外。现如今，纸管机、卷筒纸分切机、切管机、纸管机设备的更新换代遥遥领先的首推日本，在这个领域赚取了大量美元。东南亚四小龙也步日本后尘，在包装机械装备和生产线的制造方面有不小表现；在欧共体中，意大利的包装机械装备和生产线更新换代的步伐远远比其它成员国来得快。我国数控切割行业发展比较晚，国内有十几家数控切割机生产厂家，每年市场需求量约在350-400台，基本满足国内市场需求，进口产品不足市场总量的10。 我国切管行业的产品发展打破了焊接与切割之间的传统界线，其产品已跨接焊接、切割两大行业，有很多企业同时生产焊接和切割设备。一直以来，我国全自动切管机行业对高效生产的技能还是有着极大的重视程度的

20、。近几年来，随着市场的竞争日益残酷，使得生产全自动切管机的公司企业必须开展高效的生产方式。与此同时，随着国产半自动切管机的迅速成长和成熟，许多企业开始以旧推新，来适应整个领域。目前我国在全自动切管机方面的设计发明也是很多的，但是经过实际的操作后就会发现都存在着一些问题，没有达到很高的使用要求。我们还是要生产可以用在室内，室外，工地或者是料场等作业场所，不用打基础，移动起来比较方便。1.2.2切管机的发展方向切管机愈来愈向标准化、系列化、综合化、组装化、联机化的模式发展。民用、军用高技术也将愈来愈广泛地进入整个包装机械装备领域。激烈的市场竞争，无疑将加速纸筒包装设备在各行各业中的更新换代和技术改

21、造步伐。更新换代的方式是采取更换局部零、部件或关键性部件和关键性技术，从而达到更换一台机组的目的，使原包装机械装备或生产线的生产能力、性能、效率、机型和组装方式等得到更新。这样对大部分部件、机组零件获得重复利用，既达到提高装备价值，且又节省了原材料和大量劳动力，降低了成本。1.3本文的设计思路设计方案采取切台（小车）与并行钢管同步运动，周期追剪式动态切割方式。控制过程速度曲线如图1.2所示。图1.2 控制过程速度曲线其中虚线为钢管运行速度，实线为切台运行速度。周期动态追剪是通过PLC内部的周期电子凸轮功能绘制追剪曲线。管材的长度测量、管材的速度测量、管材的追剪等都能够通过编码器的输入脉冲信号进

22、入PLC控制。动态追剪分为五个阶段：等待阶段、加速阶段、同步阶段、减速阶段以及返回阶段。这五个阶段能够绘制在追剪曲线中。(1) 等待阶段管材长度测量通过编码器进行，当测量长度没有达到设定切割长度时，系统处于等待阶段。(2) 加速阶段 当编码器检测到的管材长度达到指定切割长度时，PLC立刻控制伺服驱动器使伺服电机加速运行。控制器根据编码器检测到的钢管运行速度，使控制电机按照加速曲线加速到与管材同速。(3) 同步阶段进入同步区后，PLC控制器输出同步信号。PLC控制切台上的伺服电机运转，电机带动切割转矩旋转，随后进行切割。(4) 减速阶段 当追剪任务完成后，系统脱离同步状态，PLC控制伺服电机按照

23、减速曲线减速到0。(5) 返回阶段 追剪任务结束切台需要返回到起始点，这时切台经历加速、匀速、减速三个过程最后回到起始点。进入下一周期的等待状态。1.4本设计所做的主要工作1.4.1 主要内容（1）根据加工工艺要求，确定同步动态跟踪算法。（2）根据控制要求，合理选择控制装置，满足加工控制精度与功率等要求。（3）编写满足控制要求的PLC控制程序。（4）应用触摸屏，满足人机接口检测控制要求。（5）分析飞剪过程。1.4.2 章节安排本文第一章主要介绍了课题背景，国内外研究情况，主要设计工作，第二章主要介绍设计方案，第三章重点介绍课题中硬件选择和硬件电路设计，第四章主要介绍了软件设计过程、触摸屏设计过

24、程。2 总体方案设计2.1 管材动态追剪控制系统组成与工作原理 2.1.1系统组成伺服驱动器PLC触摸屏测量辊圆管锯定长开关导轨切台伺服电机编码器图2.1 管材动态追剪控制系统框图 切割机控制系统组成组成框图如图2.1，包括机械与电气两大部分。机械装置由导轨、丝杠、滑块和切台组成。切台上安装电机、电锯、切割气缸、限位开关等等。丝杠与伺服电机（带减速器）转轴连接，将伺服电机的角位移转换为丝杠的线位移，带动4个滑块在导轨上运动。滑块通过连接件与其上面的切台相连，从而带动切台运动。电气装置包括钢管传动测量辊编码器，伺服电机（带编码器），减速器，伺服电机驱动器，运动PLC，触摸屏、光电开关，行程开关，

25、接触器等2,3。其中PLC、触摸屏、伺服电机驱动器、接触器、空气开关、按钮开关等安装在控制箱中，编码器安装在测量辊上，伺服电机、减速器、光电开关，行程开关与机械装置安装在现场。动态追剪系统总共包括五个阶段：等待阶段、加速阶段、同步阶段、减速阶段以及返回阶段4。 控制过程加速阶段：当由编码器检测到的钢管长度达到设定长度时，PLC检测到定长信号，立刻控制伺服电机驱动器，伺服驱动器带动伺服电机加速运转。控制器根据测量轮编码器检测到的钢管的运行速度，通过伺服驱动器控制伺服电机按照加速曲线加速到与进料速度同步。钢管的运行速度与位置和切台的运行速度与位置分别通过角度编码器检测得到。同步阶段：PLC控制电机

26、运转，电机带动切割锯片旋转，随后气缸动作，锯下降切割钢管，切割到位时，限位开关发出信号到PLC，切割气缸释放，锯片抬起，延时，锯停转。随后切台进入减速状态。注意PLC应该持续检测钢管的速度与切台的运行速度，保持切刀与钢管之间动态位置相对静止，这样才能保证管切面的平整。减速阶段：PLC通过伺服电机驱动器来控制伺服电机按照减速曲线减速到0。返回阶段：PLC通过伺服电机驱动器来控制伺服电机反转，按照加速及减速曲线返回到原位。在此期间，钢管会碰到卸料开关，卸料气缸动作，延时后，卸料气缸释放。2.1.2工作原理管材定长切割控制过程分为测长测速阶段和追剪阶段。在测长测速阶段，管材上安装的编码器将管材的线位

27、移转换为电脉冲送入PLC，累计编码器输入脉冲及频率，将脉冲数转换成钢带长度，将频率转换成钢带的运行速度。将实时检测的钢带长度与设定长度比较，到达设定长度，启动PLC内电子凸轮，开始追剪运动。在追剪阶段，按照图1.2控制过程速度曲线，设置PLC内电子凸轮主轴与从轴参数，启动生成的非周期电子凸轮曲线，自动进行追剪运动。进入同步区时，PLC输出端CLR0=ON，输出同步信号，将输出端CLR0接到X0输入端，当检测到X0上升沿时，启动夹紧气缸，夹紧管材，电锯运转，启动切割气缸切割紧管材，切割到位，行程开关接通，释放切割气缸，锯抬起，清零主轴长度与频率累计寄存器，重新开始测长，锯停转，夹紧气缸释放，夹紧

28、装置松开。切台回到原位，关闭电子凸轮，清零驱动器偏差计数器。当卸料位行程开关接通时，卸料气缸电磁阀得电，卸料，产量计数器加1，重复下一周期。2.2系统总体框图按照本设计功能的要求，系统由3个部分组成：测量部分、控制器部分和触摸屏部分，系统设计总体方案框图如图2.2所示。 图2.2 总系统框图 测量部分是利用光电编码器传感器，输出脉冲信号，而后将编码器差分输出脉冲送入PLC差分输入端，当累计的管材位移量达到设定加工长度时，启动电子凸轮，进行追剪控制。触摸屏是人机交互界面，控制追剪系统的启停和相关参数的确定。2.3各模块的方案选型 整个硬件系统由四大模块组成，下面以控制系统结构为依据就针对各模块做

29、具体的方案设计。 2.3.1编码器的选型为了能够对管材进行同步定长切割，需要测量管材运行速度与位移。这里选用2500线的光电编码器，即=2500 pls/rev。光电编码器的工作原理：光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可

30、提供相位相差90的两路脉冲信号。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。 （1）增量式编码器 增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 （2）绝对式编码器 绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成

31、，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可 读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测

32、绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是： a.可以直接读出角度坐标的绝对值； b.没有累积误差； c.电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。 (3)混合式绝对值编码器混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。 光电编码器是一种角度（角速度）检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理 转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷

33、达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。在本设计中，选用2500线的增量式编码器，即Pf =2500 pls/rev，指增量编码器在一周内，发出2500个脉冲。增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出A、B 两相互差90电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号，如图2.3所示），从而可方便地判断出旋转方向。

34、同时还有用作参考零位的Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。 图2.3 A/B相脉冲输出形式在增量式光电编码器的使用过程中，对于其技术规格通常会提出不同的要求，其中最关键的就是它的分辨率、精度、输出信号的稳定性、响应频率、信号输出形式。（1）分辨率 光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出信号基本周期数来表示的，即脉冲数/转（PPR）。码盘上的透光缝隙的数目就等于编码器的分辨率，码盘上刻的缝隙越多，编码器的分辨率就越高。交流伺服电机控制系统中通常选用分辨率为2500PPR 的编码器。（2）精度 增量式光电编码器的精

35、度与分辨率完全无关，这是两个不同的概念。精度是一种度量在所选定的分辨率范围内，确定任一脉冲相对另一脉冲位置的能力。精度通常用角度、角分或角秒来表示。编码器的精度与码盘透光缝隙的加工质量、码盘的机械旋转情况的制造精度因素有关，也与安装技术有关。（3）输出信号的稳定性 编码器输出信号的稳定性是指在实际运行条件下，保持规定精度的能力。影响编码器输出信号稳定性的主要因素是温度对电子器件造成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源特性的变化。（4）响应频率 编码器输出的响应频率取决于光电检测器件、电子处理线路的响应速度。当编码器高速旋转时，如果其分辨率很高，那么编码器输出的信号频率将会很高。如果光电检测器

36、件和电子线路元器件的工作速度与之不能相适应，就有可能使输出波形严重畸变，甚至产生丢失脉冲的现象。这样输出信号就不能准确反映轴的位置信息。所以，每一种编码器在其分辨率一定的情况下，它的最高转速也是一定的，即它的响应频率是受限制的。编码器的最大响应频率、分辨率和最高转速之间的关系如公式（2-1）所示。（2-1） 其中，为最大响应频率，为最高转速，为分辨率。2.3.2控制器的选型本设计动态同步切割系统中控制器需要完成管材的测长与测速、建立追剪曲线、与触摸屏连接等任务。其中技术的关键是建立稳定的追剪曲线，追剪曲线的建立是我们立题的根本，是整个动态追剪系统的关键。所以控制器的选型在能够建立稳定的追剪曲线

37、功能上尤为重要。一般的控制器只能够完成相对比较简单的追剪控制，如果想要完成复杂的追剪控制是很不容易实现的。本设计需要选择能够实现相对复杂的追剪控制，并且还能够实现上述功能的控制器。综上所述，本设计中控制器采用台达运动型20PM00DPLC，这款PLC是具有内置电子凸轮功能的高速定位、双轴线性以及圆弧补间多功能控制器4。技术指标： 主机点数：16 最大I/O点数：512点，可连结EH2主机与所有扩展模块 程序容量：64K Steps, 100段运动程序，满足不同加工需求 通讯端口：内置RS-232与RS-485，兼容MODBUS ASCII / RTU通讯协议 数据存储器：10,000字符(停电

38、保持) 500kHz高速脉冲输出： -最多内置2组AB相差动讯号输出 -X轴脉冲输出：（FP0+,FP0-）,（RP0+,RP0-） -Y轴脉冲输出：（FP1+,FP1-）,（RP1+,RP1-） 可实现任2轴直线、圆弧插补等功能 支持手摇轮(MPG)与多点外部讯号输入 支持电子凸轮功能、飞剪、追剪功能 多段速执行及中断定位，利用此项功能实现运动的平滑性及准确定位 支持G码的直接汇入，当采用CAM软件生成文本格式的G码后，可利用PMSOFT的汇入菜单直接汇入到PLC运动程序中，实现了通用PLC与数控技术的一个完美结合 支持PLC顺序语言及定位语言(G 码与M码)配置运动轨迹的离线模拟功能，具备

39、电子原点返回模式 台达运动型20PM00DPLC运动控制器支持G-code，电子凸轮，任二轴圆弧插补，直线插补等复杂运动控制功能。电子凸轮又称Electronic CAM，是模拟机械凸轮的一种智能控制器5,6。它通过位置传感器将位置信息反馈给CPU，CPU将接收到的位置信号进行解码、运算处理，并按设定要求在指定位置将电平信号进行设置并输出。如图2.3，传统的机械凸轮是用于实现机械三维空间联动传动关系与控制的机械结构。只要合理地设计凸轮的轮廓曲线就可以使从动件获得各种预期的运动规律，而且设计比较容易。但是凸轮与从动件之间组成了点或线接触的高副，在接触处由于相互作用力和相对运动的结果会产生较大的摩

40、擦和磨损。自动化运动控制系统用软件程序与伺服电机实现三维空间联动传动关系与控制的软件系统就是电子凸轮功能。从图2.4可以看到，左边是我们常见的机械式凸轮方式，而右边就是电子凸轮方式，也就是利用程序的方式（配合伺服单元）完成机械凸轮控制所需要的轨迹，实现主轴和从轴的啮合运动。电子凸轮通过参数的修改就可以改变凸轮的形状。台达20PM运动控制器除了实现直线/圆弧插补以及定位功能之外，内嵌了电子凸轮功能，使其可以应用在多种运动控制场合。20PM为2轴运动控制器，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，Y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。

41、图2.4 机械凸轮与电子凸轮2.3.3 人机接口模块方案选型触摸屏主要功能是完成追剪过程参数的设置、修改，能够手动运行控制，自动运行时监控以及报警状态显示等。人机接口模块采用台达DOP-B07S515触摸屏。触摸屏与PLC之间通过COM1口、RS-232通讯协议进行通讯。台达触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而台达触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。台达触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表

42、面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。 当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。2.3.4伺服驱动器和伺服电机的选型 伺服电机完成追剪过程中拖动切台的功能，伺服驱动器接收

43、来自PLC输出的控制信号。伺服电机（servo motor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电电压信号转化为转转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。本设计系统中，伺服驱动器接收来自PLC输出的控制信号，然后输出能够驱动伺服电机运转的脉冲信号，

44、随后伺服电机带动丝杠旋转，丝杠旋转带动切台在导轨上运行7。本设计中伺服电机选用台达ECMA-C31010ES型，伺服驱动器选用与该伺服电机配套的台达ASDA-AB型。台达20PM00D运动型PLC与台达伺服驱动器的连接图如图2.5所示。2.5 PLC与台达伺服驱动器的连接图2.4电控系统连接图图2.6为上述各部分与PLC控制器的连接图。 控制器采用台达运动型20PM00DPLC。PLC控制器完成功能是追剪曲线的绘制，运动参数的设置与显示，自动追剪控制和手动控制。PLC的A0+、A0_、B0+、B0-端子接收编码器A/B相脉冲，检测管材的运行速度与位移，同时此输入脉冲作为电子凸轮主轴脉冲。电子凸

45、轮从轴输出A/B相脉冲通过输出端子FP0+、FP0-、RP0+、RP0-送入伺服驱动器接收端子，将伺服驱动器设置为位置控制方式，PLC即可通过伺服驱动器控制伺服电机进行追剪运动。在自动追剪控制中，主从轴进入同步区后，即通过I/O输出端口进行夹紧、锯转、锯切、及卸料动作，完成一个周期追剪运动，PLC输出脉冲，清零伺服驱动器计数器，保证追剪精度。为使切台准确地定位在原位，在原位安装行程开关，并将行程开关接到PLC的DOG0端子。在手动控制程序中执行回原点指令，可视切台准确回到原位。为防止系统工作异常，切台冲出导轨，在导轨两端设置左右限位开关，将开关接到PLC左右限位端子LSN0及LSP0，当出现异

46、常，切台撞击左右行程开关，立刻停止伺服电机。人机接口模块采用台达DOP-B07S515触摸屏。触摸屏主要功能是完成追剪参数的设置与修改，手动运行控制，自动运行监控以及报警状态显示。图2.6 电控系统原理图3 电控系统硬件设计3.1台达20PM00DPLC控制器电子凸轮功能简介3.1.1追剪控制中电子凸轮的主轴长度与从轴速度的关系图3.1追剪控制中电子凸轮的主轴长度与从轴速度的关系图(1)前置状态：送料进行中，长度尚未达到指定裁切长度。20PM运动控制器随时侦测输入材料之当时送料速度，若长度适合即立刻指挥伺服马达启动，进入追速状态。（2）追速状态：送料持续进行，20PM运动控制器在侦测输入材料之长度及当时送料速度的同时，并指挥伺服电机依照S曲线加速至与送料速度同步；在进入同步速度的瞬间锯/切台与材料的动态相对位置已经整定完成。接着便进入同步状态。（3）同步状态：一旦进入同步状态，20PM运动控