自制电子凸轮在飞剪中的应用

当前在飞剪及类似设备的应用中，大多依靠内置电子凸轮的伺服驱动器或PLC运动控制模块中的电子凸轮功能块进行集成，此方案虽然方便，但对于初级电气工程师掌握电子凸轮的原理没有大的帮助，其内置的凸轮曲线也不能随意的编辑，灵活性方面明显不足。

如果能有一种提供最大自由度的方案，可以让现场工程师灵活地编辑凸轮轨迹并实时地看到伺服电机的运行效果，则可大大提高调试效率，并且让中低水平的电气工程师快速成材。本文试图实现这一理想。

二、飞剪原理

一般飞剪的示意图如下：

P0、P1接收编码器脉冲，根据测量轮的周长来获得工件的当前长度。

P2、P3接收伺服驱动器反馈脉冲，获取切刀的当前位置，并用PLC中高速计数器的中断功能获得切点信号（复位P0、P1计数器）。当前原点开关有信号时用高速计数器的预设功能将其归零。

根据客户的设定长度，减去剪刀从原点运行到切点需要的提前量，即是剪刀启动时的主轴位置。

剪刀启动后，PLC根据断电保持寄存器R区中存储的凸轮轨迹运行，到切点时复位当前长度，碰到原点开关后停止运行，等待下一次启动。

三、数据换算

根据精度要求，可以使用mm或脉冲做单位，这里以脉冲举例。

主轴脉冲计算公式：

设定长度对应脉冲＝设定长度÷（测量轮周长÷编码器分辨率）

为方便在PLC中用整数运算，公式变为：

设定长度对应脉冲＝设定长度×编码器分辨率÷测量轮周长

剪刀尖运行一周的脉冲计算公式：

剪切脉冲＝伺服电机电子齿轮分母×减速机速比

四、轨迹生成

在CAD中画出伺服的运行曲线和主轴的等分采集点：

图中X方向代表主轴即编码器的位置，Y方向代表从轴即剪刀的位置。工程师可以根据现场控制精度的需求来决定将主轴分割成多少等份，分得越多，从轴的运行越平滑。

曲线可以是样条曲线、多段线或直线的组合，原则是要生成足够平滑的轨迹。

将分割线超出曲线的部分剪切掉：

各分割线的长度即是要输入到PLC断电保持寄存器R区的凸轮数据。

如果点数不多，可以考虑在编程软件XG5000的设备在线监控窗口中手工输入。

为方便更多点数的批量导入，笔者开发了一套辅助软件，下面介绍用软件进行点位数据批量导入到PLC操作方法。

LSCAM轨迹生成器的界面如下：

为适应用户与PLC连接的不同方式，本软件不直接与PLC通信，而是生成R寄存器的设备文件，再通过XG5000的设备监控窗口导入PLC，这样不管客户是使用USB、Ethernet还是COM口方式，都能完成导入操作。

本软件支持LS大部分系列的PLC，可以在窗口中事先选择好PLC系列。

点击“激活AutoCAD”按钮，建立本软件与CAD软件的连接。如果CAD软件没有打开，本操作将启动AutoCAD，当然，操作者的电脑里必须事先安装好了CAD软件。

当“连接绘图空间”按钮变为有效时，点击它以连接当前的CAD空间模型，成功后，之前所有无效的按钮变为有效。

点击“添加分割线”按钮，出现如下窗口：

主轴长度与从轴长度可以设定成实际的脉冲数量或长度单位，也可以对实际数据进行缩放，以方便在CAD中更方便地画线，缩放的数据可以在PLC的程序中还原。

刻度是主轴长度等分后每份的相对长度，例如：200÷5＝40，就是说主轴要等分成40份，这里要尽量不使主轴等分后不余余数，否则可能影响精度。

点击“确定”按钮，CAD图形如下图：

画上曲线并修剪好后如下：

在软件中选择好接收数据的开始R寄存器，再点击“获取点位”按钮：

可以看到，数据被提取到了表格中，然后点击“生成文件”按钮，保存成“*.rm”类型的文件。

打开XG5000软件，连接上PLC，打开设备监控窗口，在离线状态下导入所保存的文件，然后再连接上PLC，将数据写入PLC。

五、PLC编程思路

轨迹有了，编程就简单多了。

当前点位＝编码器当前值÷刻度

将当前点位输入到索引寄存器Z中，实时索引R中的数据，如：R10[Z0]。

索引到的数据就是从轴当前的目标位置。

点与点之间也需要做平滑处理：

编码器点间数据＝编码器当前位置－刻度×当前点位

从轴点间数据＝（后一点数据－当前点数据）×编码器点间数据÷刻度

从轴目标位置＝当前点数据＋从轴点间数据

获得从轴当前的目标位置后，不间断地用DST指令的绝对定位模式进行控制输出脉冲，速度可以指定最高脉冲频率。

需要注意的是：当剪刀到切点致使编码器的当前位置归零时，为使从轴按照凸轮轨迹平滑运行，必须进行如下的数据处理：

如果（编码器当前位置＜凸轮对应长度）

主轴当前长度＝切点对应的主轴位置＋编码器当前位置。

当剪刀运行到原点开关时，停止运行。

六、结束语

对于非科班出身的电气工程师来说，电子凸轮往往是不容易跨过去的一道坎儿，自动

化厂商在PLC或伺服驱动器内部的底层实现，且为了技术保密而讳莫如深，更增加了神密感，使许多工程师对内置电子凸轮的产品青睐有加，却不去深究原理。

因为LS小型PLC具备几个特殊的定位指令，使之成为自定义电子凸轮的不二选择，不但成本低廉，而且方便灵活。当然，别的品牌的PLC也有可能实现，需要聪明的电气工程师们发挥想象力。

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