FQM的凸轮控制结合飞剪.docx

FQM的凸轮控制结合飞剪.docx

《FQM的凸轮控制结合飞剪.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FQM的凸轮控制结合飞剪.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

FQM的凸轮控制结合飞剪

FQM1凸轮控制

第一章．凸轮的概念---------------------------------------------------------------------1

第二章．电子凸轮和机械凸轮的区别----------------------------------------------2

第三章．电子凸轮的应用场合及应用步骤---------------------------------------2~4

第四章．FQM1的电子凸轮功能---------------------------------------------------4~5

第五章．FQM1的电子凸轮功能实现----------------------------------------------5~9

第六章．FQM1电子凸轮实例—飞剪----------------------------------------------10~19

第一章．凸轮的概念

1.机械凸轮

所谓机械凸轮是把旋转运动转变为直线运行的一个手段。

运动过程中会产生一个循环中的动作曲线（变位图）。

机械凸轮按照能对应这个变位图的形状制作出凸轮、在之上设置从轴（驱动机构）、可以通过驱动凸轮运转从而得到所需的直线运动。

2.电子凸轮

电子凸轮是将变位图数据（主轴数据）本身作为位置模式放到运动控制器的内部，通过推移位相，将每时每刻的位置由伺服输出实现平滑的控制。

第二章．电子凸轮和机械凸轮的区别

1）机械凸轮是实际存在的机械结构，需要根据实际的应用设计机械，电子凸轮无需实际的机械结构，只要有变位图的数据存储至控制器即可；

2）当对机械凸轮的动作曲线进行更改时需要重新加工凸轮机构，费时费力，即机械凸轮的适应性差，而对于电子凸轮只要在控制器中更改变位图数据即可，使用起来相当灵活；

3）机械凸轮由于是机械联结的，所以长时间运行会出现磨损而导致精度降低，而电子凸轮由于主从轴之间无实际联结所以不存在这样的问题。

4）除上述比较外，机械凸轮还存在以下的一些缺点：

复杂程度高，运行过程噪声大，机械性能的可量测性较差，无法预判机器性能，而与之相反的是电子凸轮使用灵活，运行稳定，无需经常维护，且性能可保证。

根据上述比较，无论从设计、调试、维护哪方面出发，电子凸轮都有着机械凸轮无可比拟的优越性。

所以电子凸轮的应用越来越广泛。

第三章．电子凸轮的应用场合及应用步骤

1.电子凸轮的应用场合

在实现复杂的运动控制，特别是非线性运动时，数学建模比较复杂，往往无法直接找出主从轴之间的关系，此时电子凸轮就是很好的选择。

2.应用步骤

（1）获取主轴位置；

获取主轴位置有多种方法：

一是采用虚拟轴，计算简单准确；二是从主轴编码器获取，将主轴编码器信号进行处理；三是从测量编码器获取。

获得编码器信号之后，还要将其换算成主轴位置。

（2）实现主从轴啮合

实际上是获取主从轴之间的关系（称之为凸轮表）。

凸轮表有两种方法表述：

一是采用X、Y的点对点关系；二是采用两者的函数关系。

凸轮表的获取也有多种途径：

一是采用厂商提供的软件；二是函数关系计算。

凸轮表在运行中的实现根据表述方法的不同也有两种方式：

一是根据X、Y的点对点关系查表得到；二是根据两者的函数关系进行计算（特别需要提到的是，有些函数关系可能会根据不同情况而得到不同的函数，也就是函数并不确定。

（3）根据从轴位置控制当前轴

从轴位置输出也有两种方式。

第一种方式为脉冲输出方式，这种方式可能的缺点是丢失脉冲，以及响应的实时性能不足；第二种是采用总线（通讯）的方式实现，这种方式只要通讯不被干扰、中断，其精确同步的能力更为突出。

OMRON的FQM1的电子凸轮功能属于前者，因其出色的快速处理能力，同步刷新总线，以及线驱动输出方式，其出色的控制性能在实际应用中得到了验证。

第四章．FQM1的电子凸轮功能

1.概述

FQM1是目前欧姆龙运算速度最快的运动控制型PLC，其特殊的性能使其可以胜任很多高速的运动控制应用。

以往的产品中，带有电子凸轮功能的只有专门的运动控制模块，而这样的模块在系统中只能是PLC的一个特殊模块，所以凸轮程序的响应性很大程度上还是取决于PLC的扫描周期。

而FQM1的同步总线功能使每个模块能同步的处理自身的程序，节省了处理时间，提高了系统的响应性。

2.性能

FQM1中共有三个类型的模块：

协调模块（CM***模块），脉冲型模块（MMP**），模拟量型模块（MMA**）,其中带有电子凸轮功能的是MMP**模块。

每个以MMP模块有2路脉冲输入和两路脉冲输出，其中脉冲输入可以作为电子凸轮的主轴数据采集，脉冲输出作为从轴的位置数据输出，另外还带有1路虚轴功能，也可以作为电子凸轮的主轴（虚轴作为主轴可以提供无偏差的数据，缺点是无法连续输出）。

FQM1中凸轮表最多可以定义7000个点，每条凸轮表定义指令（APR指令）最多可以定义256个点。

凸轮输出的周期最短可达0.1ms。

3.实现

FQM1编程不需要专门的工具，只需CX-Programmer即可，通过指令的方式编辑凸轮表和实现凸轮输出：

根据实际应用确定凸轮数据的个数，由APR指令定义原始的凸轮表，由PULS指令实现电子凸轮输出。

第五章．FQM1的电子凸轮功能实现

由第三章可知，实现电子凸轮需要有以下三个步骤：

（1）获取主轴位置；

（2）实现主从轴啮合；（3）根据从轴位置控制当前轴。

1.获取主轴位置

获取当前轴的位置，在FQM1中是通过最高频率可达2Mpps的高速计数采集端口实现的。

无需编程，只要设定高速计数采集的方式，并在凸轮指令中把高速计数对应端口设定为主轴即可。

（1）设定脉冲采集方式

（2）在程序中把电子凸轮的主轴设定为高速计数当前位置。

APR指令的解释如下：

指令实现的功能是定义任意关系的X,Y的线性插补的数据，其中T为凸轮表的首字，S为源数据，R为结果字，高速计数的当前值可以作为源数据直接使用，取决于T的设定：

基于以上对于凸轮表首字的解释可以看出，当T设定为#1C05（0001110000000101）时，表示凸轮表中一共描了5个点，主轴的数据采用的是高速计数当前值，比如使用的是第一路高速计数，那么S就可以设定为A860，当高速计数的值发生变化时，D中的值就会根据凸轮表的数据发生变化。

其中Xx为高速计数1当当前值。

2.实现主从轴啮合

主从轴的啮合是通过数据表设定，需要设定凸轮表的数据个数以及凸轮数据。

3.根据从轴位置控制当前轴

运用电子凸轮输出指令PULS实现从轴的位置输出。

PULS指令的解释如下：

FQM1中的PULS指令除了具有CJ1M/CP1H中的独立脉冲输出功能外，还可以实现电子凸轮输出，有以下功能：

1）通过比较当前位置和目标位置自动确定脉冲输出方向；2）在脉冲输出期间改变绝对位置设定和脉冲频率；3）在环形电子凸轮模式下，可以指定1个经过0点的目标位置（Ver3.2及以上）。

第六章．FQM1电子凸轮实例—飞剪

1.飞剪系统的概述

飞剪系统由旋转的刀刃对运动的进给材料按照设定的长度进行剪切，为了提高设备加工效率，要求被剪切材料保持连续进给，而不需在剪切时停顿，是工业生产领域一种常见的控制系统。

其控制的难点在于：

在被剪切材料高速进给的过程中，剪切刀具能严格与其同步，保证剪切出的板材长度一致。

飞剪系统以指定长度的切断,精度高,效率高为目的，在保证物料进给速度的稳定外，还要实时控制刀辊的运行速度，当切断长度正好等于刀辊旋转一周的刀尖轨迹长时，控制刀尖的线速度与物料进给速度完全相同。

在实施定长切断的过程中，通过系统控制刀尖与物料进给进行位置随动跟踪，使得伺服电机的编码器脉冲与速度/长度测量辊的编码器脉冲成固定的比例,具体结构和轨迹如下:

1）飞剪结构示意图

工艺描述：

控制器根据设定的长度采集与之对应的编码器1值，当到达一定长度后切刀伺服动作，进行定长切割，然后切刀回到待切位置，等待下一次的动作。

同时控制器实时采集与切刀伺服实际位置对应的编码器2的值，若有偏差则进行修正。

当主轴进给的速度或长度发生变化时，切刀伺服自动改变旋转速度和长度。

2）切刀轨迹示意图

剪切长度>切刀圆周长

剪切长度<切刀圆周长

当剪切长度大于切刀圆周长时，电机的平均速度应该小于生产线的速度；而当剪切长度小于切刀圆周长时，电机的平均速度则大于生产线的速度，当然，这个速度是不需要设定的，只要把相互之间的位置关系（即切刀跟随主轴的电子凸轮表）设定好，速度会随着主轴的位置变化而自动变化。

2.飞剪系统的关键点

通过对工艺的了解和分析，不难发现，飞剪设备的关键点在于：

1）控制器根据主轴信号实时调整切刀的位置和速度，保证二者在位置上保持某一关系且严格同步；

2）由于物料进给是不间断的，所以切刀的动作也要连续、无间断。

根据上述两关键点，欧姆龙对应的产品选用运算速度最快且带有电子凸轮功能的FQM1系列运动控制器，通过MMP模块的环形电子凸轮方式实现高速同步跟踪。

3.FQM1用于飞剪系统

1）系统结构

5.反馈编码器-切刀伺服分频信号

2）各部功能

序号

名称

型号

功能

备注

1

主控制器

FQM1-CM002

设备整体控制

2

运动控制模块

FQM1-MMP22

实现运动控制

3

主轴编码器

任选

采集主轴信号

4

切刀伺服

G系列/W系列等

执行飞剪切割

5

反馈编码器

伺服电机分频

反馈切刀位置

3）电子凸轮主体程序及控制器设定说明

1）通过APR指令根据传动比等设定主从轴之间的关系。

2）高速计数、脉冲输出设定

主轴高速设定为环形模式，对应单块裁断物的长度，反馈设为线性。

脉冲输出—设定为环形电子凸轮方式，环形值对应电机单圈的脉冲数。

3）电子凸轮执行

（1）判断是否过零点

关于从轴是否过零，以及如何处理，在FQM1中是这样的：

实例中的程序如下：

（2）电子凸轮执行

4）设定更改

当物料切割长度发生变化时需要对高速计数和脉冲输出的循环值进行更改，此时需要通过INI指令对设定进行更改。

当INI指令的控制字为#0004时执行更改循环值的操作。

4.其他实现方式

在使用FQM1时，还可以使用虚轴功能来实现飞剪的控制。

但是由于FQM1本身的虚轴功能（AXIS指令）无法实现脉冲的连续输出，可以使用一个实际的脉冲输出轴作为虚轴。

这样的系统需要主轴，即传送带，也使用伺服控制。

主轴和从轴都跟随虚轴的指令脉冲。

这种控制方式的好处是主从轴所跟随的虚轴是一个无偏差的理想轴，当出现偏差时只需检查电子凸轮的执行是否存在偏差即可。

关于这种方式可以参考青岛思锐的枕包机案例。

此处不多作说明。