西门子PLC模块6ES7526-1BH00-0AB0

1  引言
        移动电子市场造就出包括镍氢电池、锂离子电池、聚合物电池等许多种类庞大的电池制造产业。电池极片有色金属压延的辊压机及其连轧生产线，为机电自动化系统提供了新的应用领域。

        锂电池极片压延辊压机如图片1所示。压延钢棍把薄厚不均的电池极片卷材经过压轧制得高密度均质级片材料，提高电池的容量。在压延钢辊的两侧分别有一个控制“斜铁”的伺服系统，“斜铁”的作用是控制轧辊的位置，是保证轧制工艺的基础。根据轧辊位置调整轧制液压，控制轧辊在极片上面的轧制压力值。传统的“斜铁”是采用步进电机伺服系统控制方式，控制精度受到限制，极片上面的压力完全靠人工经验来判断和实现液压调整。 

2  系统设计
        整个机器的工作是控制张力的收放卷流程。关于收放卷横张力控制部分采用台达BW系列变频器，已经测试成功，本文着重介绍20PM运动控制器应用部分。

2.1 工艺技术指标
（1）保持极片在收卷的过程中保持张力恒定。
（2）保证斜铁走位的准确，压力给定的准确。
（3）高线速度为30米/分，低线速度为0米/分。

2.2 系统原理设计
        极片压延辊压机自动化系统基于台达机电技术平台。配套PLC包括主机DVP16EH00T2和扩展模块DVP-20PM00D；DVP04AD-H2；DVP04DA-H2；DVP08SN。触摸屏人机界面DOP-A10THTD。系统架构如图2所示。

        PLC控制器DVP16EH00T2主要是实现对从站模块的控制，通过自身的数字量的点和20PM所带的数字量点实现对收卷、放卷、报警、整机启动、整机停止、切边、纠偏控制器等多个点的控制。DVP-20PM00D运动控制器完成对两轴伺服“斜铁”的**控制，模拟量模块是实现液压部分电压信号的采集，然后通过PLC处理后再输出控制。

2.3运动控制模块简介
        台达DVP-20PM00D运动控制扩展模块的大特点是直接提供电子凸轮功能，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。选择20PM的原因就是因为20PM是专用的运动控制模块，这块模块不但同时可以控制双伺服，而且有双手摇轮输入，并且模块本体还带有8入8出的数字量控制点等诸多因素，这样可以大幅度提升产品在市场上的竞争能力。

        台达DVP-20PM00D采用高速双CPU结构形式，利用独立CPU处理运动控制算法，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，并且可以接入手摇轮，高速脉冲输出可以达到500KHZ，可以作为主机也可以作为从机，灵活性更高。

3  运动控制编程设计
3.1 卷材牵引
        主牵引传动采用VFD370B43B变频器实现。变频器的DFM数字频率输出，通过PLC的SPD指令采集变频器的工作频率，然后在程序里面转换成单位为“米/分钟”的数据从而达到在人机界面上面的显示：
程序部分如下：

3.2 长度计量
整个设备在正式生产运行的时候是必须对电池极片进行测量的，对此采用一个0.1米/脉冲的类似编码器的计米器，安装在张力浮动辊上面，从而实现自动计量长度。
计米器程序如下：

3.3 20PM运动控制初始化
20PM的初始化和部分程序如下：

20PM地址定义如下：

      在设备的传动侧，可以实现对2台伺服的联动控制和单独控制，暂时客户由于经费原因暂时没有使用手摇轮，在后续机型当中会把手摇轮加上去，这样单独控制会更加简单。伺服的行走距离可以通过触摸屏上面进行设置，可以通过触摸屏显示当前行走距离，可以显示当速度，可以通过“归零”按钮实现对单个伺服的回原点控制。可以通过配方功能把伺服的一些参数提前写入到触摸屏里面，随时根据情况进行调整。

3.4 20PM应用经验
        20PM运动控制器程序设计的关键在于熟悉产品控制重点，在软件方面要充分理解20PM里面的特殊寄存器和CR特殊寄存器之间的关系，这一点在刚刚接触20PM运动控制模块的时候会经常出现的问题。在程序设计的难点主要集中在“主程序”、“副程序”、“运动副程序”三者之间的关系，否则会出现不能正常控制的现象。对于这一点，必须认真参看使用说明书。

    传统的线缆裁切机跟随误差比较大，为了解决这个问题，利用台达20PM运动控制器的内置飞剪功能出色完成了各项需求，实现输送和裁切线速度同步，通过调整速度同步区的宽度来完成不同长度线缆的裁切，保证了裁切的度。

2  结构及工作原理
2.1 电缆切割机
        电缆切割机设备结构如图1、图2所示。线缆裁切设备这是比较典型的飞剪功能应用，台达20PM已内置飞剪功能，可采用以DVP-20PM为控制核心的台达机电产品整体解决方案完成对切刀控制，实现设备控制要求。

2.2 DVP20PM运动控制器
        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的大特点是PLC主机直接提供电子凸轮CAM功能，或者说DVP-20PM00D是内置CAM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。

        20PM具有2路500KHz的输入与输出，在CAM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，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，电缆切割机正是利用了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的主要特点：
（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，高脉冲输出达500KHz；
（6）两组手摇轮控制；
（7）内置电子凸轮CAM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  切割机软件设计
3.1 I/O定义

X0计数光电
X1裁刀启动
X2裁刀停止
X3护保护
X4直流马达引起故障
X5伺服故障
X6主控箱急停

OITPUT
Y0伺服on
Y1故障复位
Y2裁切启动
Y3推线
Y4蜂鸣
Y5裁切指示灯

3.2 飞剪程序设计过程
在利用20Pm飞剪功能写程序的时候需要按照以下步骤来进行：

程序中需要计算填充数据D100-D112，其参数定义如下：
D101..D100主轴长度
D103..D102从轴长度
D105..D104从轴同步长度
D107..D106从轴同步倍率(F2/F1)
D109..D108从轴高倍率限制
D110加速曲线:
0 const speed,
1 const Acc,
2 SingleHypot,
3 Cycloid)
D111CAM曲线=0
0 leftCAM,
1 midCAMall,
2 midCAMbegin,
3 midCAMend)
程序中填充数据D100-D112其参数计算过程如下：
(1)D100计算:
D210裁切长度
D222计米轮周长
D212计米轮线数
D224实际计米轮总脉冲数
D226裁切长度脉冲数
D100=D226=D224=D210/D222*D212
(2)D102计算:
D416切刀轮脉冲x D426速比= D200切刀轮脉冲=(D102)
(3)D104计算:
D200切刀轮脉冲x D172同步范围= D204同步脉冲=(D104)
(4)D106倍率计算推导过程:
 
a.  主轴直径 D1 (mm)
主轴一圈脉波数R1 (Pulses/Rev)
主轴速度 F1(Hz)
主轴速度 V1(mm/sec)
b.  从轴直径 D2 (mm)
从轴一圈脉波数R2 (Pulses/Rev)
从轴速度 F2(Hz)
从轴速度 V2(mm/sec)
 
c：根据同步时线速度相同即
V1=V2
(F1*3.14*D1/R1) ＝ (F2*3.14*D2/R2)
F2/F1 = (D1*R2*K减速比)/(D2*R1)
= (D250*D256*D258减速比)/( D252*D254)
=D274
=D106脉冲比同步倍率
(5)D108倍率上限
(6)D110加速曲线选择:
0-3曲线选择逐级平滑
(7)D111CAM曲线选择:
选择0保证了切刀切完后回到上位零点等待
8：D112结果ok
以上部分完成了D100-D112的计算填充数据过程，也就是完成了飞剪程序部分设计，
3.3 飞剪程序运行监控
D1799设定X 轴输入端子极性端子极性PG0
D1800输入点状态b5DOG原点信号来计数点 D50LDPm125无效
D1816=530原点回归 DOG 下降沿检测原点回归方向 A/B 相脉冲
D1828 X轴原点回归速度
D1830 X轴原点回归减速速度
D1832 X轴零点信号数N
D1833回原点后X轴补充距离P k0
D1838X轴目标位置(I) P(I) （Low word）
D1848X轴现在位置CP(PLS) （Low word）
D1864=H305 X轴手摇轮输入响应速度设定A/B相脉波4倍频
D1846=100 X单段速定位运动模式启动
D1846=40原点回归模式启动
D1846=2000插入单段速定位运动模式启动
经过上面的分析将分析过程写成程序即完成了主体程序设计，其它各种安全保护和附加功能同WPL程序编写就不一一赘述。

（2）将速度关系建立在位移关系图上, 在这里我们假设位置1在主轴位置100, 位置3在主轴位置200, 位置4在主轴位置300：

        在生成的位移关系图中横轴即是主轴（送料轴）回馈的脉冲量，纵轴即是从轴（切刀轴）运动脉冲量，主轴的位移量(脉冲数) 是裁切长度，在主轴运动过程中从轴（切刀轴）跟随一周，裁切一次。在速度关系图中我们可以看到，从轴与主轴之间有同步裁切区，保证了两者之间的速度同步。

        以上是飞剪功能介绍以及如何建立CAM关系图，在线缆裁切机中，主轴（送料）不由20PM控制，但其运动由计米轮编码器回馈给了20PM，因此也可以建立送料主轴与切刀从轴之间的运动关系。裁切曲线动态调整介绍CAM曲线可以做到程序中实时进行修改，裁切曲线动态调整是通过FROM/TO指令来完成，只要在裁切周期完成之前写入即可在下一个周期自动变换。在CAM曲线参数中提供了各种平滑曲线供选择，满足对加减速平滑的需求。

4  结束语
        基于台达20PM运动控制器的线缆定长切割设备已调试完成并正常运行，裁切重复精度达到客户工艺要求的±1mm以内。20PM飞剪功能成功应用于线缆裁切机。这是20PM飞剪功能的又一次成功应用案例，可广泛应用于各行各业的物料裁切等场合。