摘 要：在分析切坯機運動控制原理的基礎上，重點論述基于臺達運動控制型PLC系統應用設計。利用20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了高速切割時出現的不等長等問題。
關鍵詞：曲柄滑塊機構 20PM 電子凸輪

1 引言

在國家生態建材政策強有力的推動下，磚瓦機械行業近年來得到了快速發展。新型大型制磚砌塊機械比比皆是，自動切坯機、碼坯機、破碎機、現代窯爐及其附設設備等品種齊全。雙級真空擠出機、自動碼坯機等產品不斷出口創匯，磚瓦機械制造技術力量壯大，既能生產普通型多孔磚、空心磚；又能生產高強度，多孔薄壁大塊，保溫性能好的承重砌塊，滿足黏土外的頁巖、煤矸石、粉煤灰等原料的生態建材設備需求。

2 切坯機原理設計

2.1 設計要求

切坯機既要滿足頁巖、煤矸石為原料的標磚、多孔磚、大型砌塊的切坯，也要適合粉煤灰粘土雙泥條高產量擠出后的切坯。切坯規格大，范圍廣，可生產大型砌塊、上下雙泥條和平置雙泥條（S型）。切割寬度最大550mm，最高高度260mm。更換磚型靈活，行程可調，適應多種磚型和組合方式。切割長度精確，調節快捷，定位準。可實現無泥頭，節約耗電量，提高產量。運行平穩、剎車回位好、自控直線切坯。

2.2 切坯運動控制分析

切坯機主傳動為一偏置曲柄滑塊機構，帶動傳送皮帶與切坯裝置。要求隨著泥胚的出條速度和位置變化，實時改變旋轉伺服的速度及位置，伺服控制的偏置式曲柄滑塊機械原理如圖1所示。

從運動學觀點出發,通過實時改變曲柄滑塊機構輸入曲柄的角速度,可使滑塊的輸出運動滿足特定的要求,使該機構在剛性結構不變的情況下，滿足多種任務需要。角速度實時控制要求得到伺服輸入曲柄滑塊機構的控制模型,根據所得的模型控制伺服電機,使輸入曲柄的速度位置按需要改變,可以獲得希望的輸出運動速度位置。

客戶設備原采用普通PLC控制，一直無法很好地滿足生產需求，主要問題在于偏置曲柄滑塊機構的運動公式極為復雜，普通PLC受到海量運算能力制約，幾乎不可能實現主軸編碼器與從軸伺服之間按照復雜的公式嚴格的位置對應關系控制，實現不了控制精度，以致于切割不齊，需要工序反復。

2.3 20PM高速同步切坯解決方案分析

臺達DVP-20PM00D是一款具有運動控制專用功能的可編程控制器。DVP-20PM00D的最大特點是PLC主機直接提供電子凸輪功能，采用獨立運動處理芯片，實時處理主從軸之間的運動關系, 2軸同步控制時間小于0.5ms, 從而保證高速時主軸與從軸之間的位置和速度關系，從而解決了位置同步的問題。或者說DVP-20PM00D是內置電子凸輪功能的PLC,所以有些場所直接稱呼DVP-20PM00D為臺達20PM運動控制器。

切坯運動控制正是利用了20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了上述高速切割時出現的不等長等問題。20PM具有2路500KHz的輸入與輸出，在電子凸輪功能中定義X軸為從軸，編碼器輸入軸為主軸，當定義好CAM Table后，從軸依據定義的曲線跟隨主軸運動。采用高速雙CPU結構形式，利用獨立CPU處理運動控制算法解決海量運算，可以很好地實現各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等。通過20PM的凸輪表功能很方便的導入公式，讓伺服的運行完全按照設定的軌跡。達到對伺服每個角度精確控制的目的。20PM主要特點：

（1）20PM適用于高速、高精度、高復雜的運動控制場合；
（2）多段速執行及中斷定位；
（3）64K 大容量, 內置Flash存儲體；
（5）兩組差分脈沖輸出，最高脈沖輸出達500KHz；
（6）兩組手搖輪控制；
（7）內置電子凸輪功能，輕松實現繞線、飛剪、追剪等應用；
（8）支持PLC順序邏輯控制及NC控制(G 碼與M碼)。

3 20PM切坯機編程

客戶要求編碼器位移（主軸）與伺服旋轉角度（從軸）公式：

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

通過excel把編碼器位移（主軸）與伺服旋轉角度（從軸）公式轉換為脈沖關系導入20PM：

這樣極為復雜的公式在20PM里就可得到輕松的實現。同時，20PM在內部把主從軸數據完全通過實數方式存儲起來，程序可很方便的通過TO和from指令讀寫整個凸輪數據。使程序具有更大的靈活性：

4 結束語

高速程控切坯機應用20PM電子凸輪解決方案，經過實際應用，完全達到精度要求。這個案例說明其應用領域可以擴展到其它類似主軸與從軸有復雜位置，速度同步公式的自動化運動控制工程。

中國年產6000億塊標磚的磚瓦制造業產量不僅支撐了建筑業的發展，而且在資源節約、廢渣利用、節能降耗等方面，也取得了較好的社會綜合環境效益。JC/T 963-2005 墻材工業用自動切坯機等國家標準的發布使得磚瓦機械工業發展得到重要保障。燒結磚機械技術水平雖已得到快速提升，但距世界先進水平仍存在差距，工業自動化技術是提升磚瓦機械制造業產品創新最有效的途徑。(end)