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什么是電子凸輪？
在講電子凸輪前，我們先了解下機(jī)械凸輪，機(jī)械凸輪主要由主軸（凸輪）和從軸（推桿）構(gòu)成，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為線性運(yùn)動，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。
? 機(jī)械凸輪
從圖可看出，機(jī)械凸輪靠主軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動推桿沿凸輪輪廓做周期性運(yùn)動。但傳統(tǒng)機(jī)械凸輪存在固有機(jī)械剛性短板，一旦產(chǎn)品規(guī)格或生產(chǎn)工藝發(fā)生變更，就必須更換整套機(jī)械結(jié)構(gòu)。
而電子凸輪摒棄了物理機(jī)械聯(lián)動的方式，無需依賴機(jī)械硬連接，即可實(shí)現(xiàn)推桿精準(zhǔn)同步跟隨運(yùn)動。
? 電子凸輪預(yù)設(shè)軌跡示意圖
電子凸輪通過控制器預(yù)設(shè)凸輪曲線，并將此段運(yùn)動軌跡參數(shù)寫入運(yùn)動指令，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，即可控制主從軸伺服電機(jī)按照目標(biāo)軌跡跑出對應(yīng)的位置、速度關(guān)系從而模擬機(jī)械凸輪的動作，可通過修改軟件相關(guān)運(yùn)動參數(shù)即可調(diào)整運(yùn)動曲線，靈活性高。
電子凸輪常用在對響應(yīng)速度、精度有要求的從屬控制應(yīng)用中（追剪、飛剪），例如包裝機(jī)、口罩機(jī)等，需要持續(xù)不斷送料，并按照不同規(guī)格長度裁切獲取成品的設(shè)備。
枕式包裝機(jī)市場應(yīng)用
? 三軸枕式包裝機(jī)工作示意圖
枕式包裝機(jī)是一種將產(chǎn)品沿水平傳送帶移動，并通過包裝膜卷膜成型、縱封/橫封刀切完成制袋、填充、封口、切斷、成品等工序的包裝設(shè)備。
常用在日化、食品、五金、醫(yī)藥等行業(yè)自動包裝生產(chǎn)線上。
傳統(tǒng)三軸枕式包裝機(jī)行業(yè)痛點(diǎn)
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橫封刀運(yùn)動曲線依賴機(jī)械凸輪，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試耗時(shí)長；
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精度穩(wěn)定性差膜材拉伸或傳動誤差導(dǎo)致廢品率超5%；
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維護(hù)成本高昂機(jī)械磨損頻繁，維護(hù)成本增加；
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換型調(diào)整麻煩、效率低、柔性不足，難以兼容不同規(guī)格袋長或新工藝生產(chǎn)需求。
隨著高端包裝設(shè)備升級改造，電子凸輪正成為枕式包裝機(jī)控制升級重要方向。本篇將通過介紹正運(yùn)動EtherCAT運(yùn)動控制器電子凸輪在包裝機(jī)的應(yīng)用，展現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢與落地價(jià)值。
正運(yùn)動技術(shù)枕式包裝機(jī)解決方案
正運(yùn)動針對上述問題，特此開發(fā)了基于EtherCAT運(yùn)動控制器XPLC104E-V2的枕式包裝機(jī)解決方案，采用電子凸輪、色標(biāo)鎖存、多軸同步、相位補(bǔ)償?shù)裙δ�，�?shí)現(xiàn)高速高精度同步控制和智能追剪。
方案封裝了枕式包裝機(jī)所需的關(guān)鍵工藝參數(shù)，提升裁切位置、封口質(zhì)量一致性和設(shè)備生產(chǎn)節(jié)拍，并具備防空切，防空包功能減少材料浪費(fèi)，送料軸無需擋條，可實(shí)現(xiàn)物料自動錯(cuò)位間隔。
▌客戶應(yīng)用價(jià)值
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可實(shí)現(xiàn)效率：≥230包/分鐘，精度：切包精度≤0.5mm（封包效率根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品大小和工藝決定）。
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袋長、速度、切點(diǎn)、相位補(bǔ)償參數(shù)可配方化管理，減少換規(guī)格時(shí)的機(jī)械凸輪的機(jī)械調(diào)整和程序修改。
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集中運(yùn)動控制、參數(shù)化調(diào)試和模塊化復(fù)制，降低設(shè)備開發(fā)、調(diào)試、維護(hù)和換型過程中的綜合成本。
核心實(shí)現(xiàn)原理：電子凸輪控制
電子凸輪屬于多軸同步運(yùn)動，基于主軸外加一個(gè)或多個(gè)從軸系統(tǒng)。因此，枕式包裝機(jī)可實(shí)現(xiàn)“送料軸”、“送膜軸”、“橫切軸”三個(gè)軸的高速同步運(yùn)動，并通過相位補(bǔ)償（虛擬軸疊加修正主軸與從軸角度偏差），替代機(jī)械凸輪，消除軸間運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的誤差。
三軸同步控制
正運(yùn)動技術(shù)為用戶提供了多種電子凸輪運(yùn)動指令，可根據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)行應(yīng)用：
枕式包裝機(jī)的刀切工藝可分為旋切和追剪，本次案例我們使用MOVESLINK自動凸輪2指令來實(shí)現(xiàn)電子凸輪的追剪應(yīng)用。
01 指令說明
MOVESLINK(distance,link dist,start sp,end sp,link axis[,link options][,link pos][,link offpos])
參數(shù)說明：
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distance：從連接開始到結(jié)束，跟隨軸移動的距離，此參數(shù)可正可負(fù)，為正數(shù)正方向跟隨，為負(fù)數(shù)負(fù)方向跟隨，采用units單位。
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link dist：參考軸在連接的整個(gè)過程中移動的絕對距離，采用units單位。
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start sp：啟動時(shí)跟隨軸和參考軸的速度比例，units/units單位，負(fù)數(shù)表示跟隨軸負(fù)向運(yùn)動。
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end sp：結(jié)束時(shí)跟隨軸和參考軸的速度比例，units/units單位,負(fù)數(shù)表示跟隨軸負(fù)向運(yùn)動。注：當(dāng)start sp = end sp = distance/link dist時(shí)，勻速運(yùn)動。
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link axis：參考軸的軸號。
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link options：連接模式選項(xiàng)，不同的二進(jìn)制位代表不同的意義。
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link pos：當(dāng)link options參數(shù)設(shè)置為2時(shí)，該參數(shù)表示參考軸在該絕對位置值時(shí)，連接開始。
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link offpos：當(dāng)link_options參數(shù)bit4置為1時(shí)，該參數(shù)表示主軸已經(jīng)運(yùn)行完的相對位置。20170428以上固件支持。
02 追剪basic程序示例
RAPIDSTOP(2)
WAIT IDLE(0)
WAIT IDLE(1)
DATUM(0)
BASE(0,1)
UNITS=10000,10000
ATYPE=1,1
DPOS=0,0
SPEED=1,1
ACCEL=2,2
DECEL=2,2
SRAMP=200,200
TRIGGER '自動觸發(fā)示波器
VMOVE(1) AXIS(1)
WHILE 1
MOVESLINK(0,1,0,0,1) AXIS(0) '型材運(yùn)動1單位前，工作臺靜止
MOVESLINK(0.4,0.8,0,1,1) AXIS(0) '工作臺加速階段
MOVESLINK(0.2,0.2,1,1,1) AXIS(0) '速度跟隨階段
MOVESLINK(0.4,0.8,1,0,1) AXIS(0) '工作臺減速階段
MOVESLINK(-1,1.2,0,0,1) AXIS(0) '工作臺回到起始點(diǎn)
WEND
'運(yùn)動軌跡和速度曲線
DPOS(0) '垂直刻度1，無偏移
DPOS(1) '垂直刻度1，無偏移
MSPEED(0) '垂直刻度1，無偏移
MSPEED(1)'垂直刻度1，無偏移
電子凸輪-追剪波形圖
電子凸輪追剪示意圖
核心實(shí)現(xiàn)原理：高速色標(biāo)鎖存
當(dāng)高速IO信號觸發(fā)時(shí)，立即響應(yīng)，鎖定當(dāng)前的電機(jī)/編碼器的位置，用來鎖定流水線產(chǎn)品經(jīng)過光電傳感器時(shí)的位置、鎖定包裝膜材料上色標(biāo)的位置等，并通過相位或疊加運(yùn)動補(bǔ)償，來保障后續(xù)橫封刀切時(shí)位置的準(zhǔn)確性。
色標(biāo)鎖存示意圖
通過鎖存功能可以實(shí)現(xiàn)：
色標(biāo)記長
自動記錄色標(biāo)之間的膜長度。
色標(biāo)補(bǔ)償
根據(jù)色標(biāo)鎖存的結(jié)果，自動校正膜材拉伸誤差。
光電防切
判斷物料所處位置，切刀自動避料，減少浪費(fèi)。
正運(yùn)動枕式包裝機(jī)工藝流程
正運(yùn)動控制器在枕式包裝機(jī)解決方案優(yōu)勢
01 豐富的通訊硬件接口
方案支持模擬量、以太網(wǎng)、RS485等多種通訊與控制接口，可靈活集成溫控器、打碼機(jī)、變頻器等外圍設(shè)備，提升整機(jī)自動化水平。
溫控器控制
支持模擬量輸出與PID動態(tài)調(diào)節(jié)，可獨(dú)立控制橫封/縱封溫度，設(shè)備在無生產(chǎn)狀態(tài)下，自動降低加熱功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。
打碼機(jī)通訊
通過網(wǎng)口通訊控制打碼機(jī)，支持寫入生產(chǎn)日期、產(chǎn)品型號等字符串信息，并與配方參數(shù)綁定，提升生產(chǎn)切換的靈活性。
變頻器控制
通過RS485通訊控制變頻器，實(shí)現(xiàn)多段速度調(diào)節(jié)，滿足不同工況下輸送、送料及輔助機(jī)構(gòu)的速度控制需求。
02 豐富的枕式包裝機(jī)工藝功能
具備定袋長、防空包、防切袋、位置功能、皮帶補(bǔ)償、產(chǎn)品測長、配方管理、溫控、報(bào)警等。
03 智能防切袋
前端光電傳感器檢測到產(chǎn)品錯(cuò)位時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)上包料尾位置、下包料頭位置及夾膜時(shí)間，判斷產(chǎn)品是否進(jìn)入異常橫切區(qū)域，系統(tǒng)自動觸發(fā)防切袋功能，保護(hù)橫封刀不切到錯(cuò)位物料，從而保護(hù)橫封刀免受機(jī)械損傷。
04 配方管理
支持多配方功能，調(diào)用不同配置文件，實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品快速切換加工。
05 提供All In One的全國產(chǎn)IDE RTSys運(yùn)控開發(fā)平臺
支持RTBasic語言開發(fā)，靈活配置電子凸輪曲線，滿足復(fù)雜工藝需求。
RTSys軟件的API接口可以支持客戶使用各種環(huán)境與上位機(jī)語言進(jìn)行運(yùn)動控制項(xiàng)目代碼的編程、測試、調(diào)試與配置，實(shí)現(xiàn)自定義上位機(jī)和顯示界面、操控界面的開發(fā)。
EtherCAT總線運(yùn)動控制器 XPLC104E-V2
XPLC104E-V2經(jīng)濟(jì)型多軸運(yùn)動控制器是一款兼容EtherCAT總線和脈沖的獨(dú)立式運(yùn)動控制器，用以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動、直線插補(bǔ)、電子凸輪等控制需求，支持高速色標(biāo)鎖存，相位補(bǔ)償?shù)劝b行業(yè)的核心功能，具有豐富的通訊接口，非常適用于包裝設(shè)備應(yīng)用場合。
硬件信息
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支持4-12軸運(yùn)動控制；
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EtherCAT總線最快1ms的刷新周期；
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脈沖輸出模式：方向/脈沖或雙脈沖；
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支持編碼器位置測量，可以配置為手輪輸入模式；
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每軸最大輸出脈沖頻率500kHz；
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軸正負(fù)限位信號/原點(diǎn)信號可以隨意配置為任意通用數(shù)字輸入口；
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EtherCAT接口、RS232串口、RS485串口、以太網(wǎng)接口；
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支持電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨、虛擬軸、12軸直線插補(bǔ)等
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多種程序加密手段，保護(hù)客戶的知識產(chǎn)權(quán)。
正運(yùn)動技術(shù)專注于運(yùn)動控制技術(shù)研究和通用運(yùn)動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級高新技術(shù)企業(yè)。正運(yùn)動技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅(jiān)持自主創(chuàng)新的同時(shí)，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運(yùn)動控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究。主要業(yè)務(wù)有：運(yùn)動控制卡_運(yùn)動控制器_EtherCAT運(yùn)動控制卡_EtherCAT控制器_運(yùn)動控制系統(tǒng)_視覺控制器__運(yùn)動控制PLC_運(yùn)動控制_機(jī)器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運(yùn)動控制卡等等。
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