电子凸轮在追剪定长裁切机中的应用

写在前面

本年度专为工业自动化爱好者而生的“2021贝加莱橙色灯塔杯技术最强音挑战赛”已经接近尾声，感谢合作伙伴和技术粉丝们的厚爱，感谢大家的踊跃参与！

The Voice of B&R Tech技术最强音竞赛

几百位来自天南海北的技术粉丝不仅一起参与了竞争激烈的网络答题挑战赛，同时，还提交了众多风格多样的优秀原创技术作品。从即日起，"剑指工控 "将对初步入围的作品进行展播。

原创投稿001

电子凸轮在追剪定长裁切机中的应用翟庆章

一、设备介绍

某挤出机厂家有板材定长裁切的需求，要求在板材挤出时不能停，每次裁切的板材长度精度要求误差在 1 毫米以内，并且裁切长度需要能够在触摸屏上设置。如图 1 所示。

图 1 板材裁切机

二、方案介绍

我们可以通过贝加莱 PLC 的电子凸轮功能实现追剪，一颗伺服牵引板材编码器回馈板材的长度，通过 PLC 实现长度设置。切刀固定在同步架上，切刀横移方向由普通三相异步电动机拖动，而前后方向需要与板材方向同步因此由我们可以由另一个伺服拖动。同步架安装位置见下图。

图 2 同步架安装位置

三、调试过程

首先选择一款贝加莱 PLC 和两颗伺服，详细资料见下表。贝加莱有一种叫做 Cam automat 的功能，我这次不使用，不是说不好用，只是我对 PLCopen 更熟悉，调试和修改起来更顺手。

用建表方式建立凸轮曲线，如下图所示。

图 3 凸轮曲线

建立凸轮曲线需要凭借自己的经验，同步区很好建立，但是从非同步到同步的过程走得平稳也很关键，很多人建立的曲线会有把速度突然拉高然后再下降为同步的速度，这样同步区本身运行起来没有任何问题，但是建立同步的过程区会有明显的机械振动，所以我会避免建立那种曲线。

此曲线是一个单周期的曲线，我建立了一个足够长的同步区，并且这是一个开放式曲线，并非大部分人做追剪使用的闭合曲线。使用闭合式曲线的优点是编程简单，曲线中有追剪返回的动作，使用时主从轴啮合上一直运行就可以了。但是也有一个很大的缺陷，就是追剪返回的位置是死的，切刀在使用中肯定是越用越钝的，那么切刀变钝之后切割的时间必然变长，如果在追剪的同步区不足以完成切割动作则会发生撞机事件。因此我宁愿把我的程序写得复杂一些，返回区不使用凸轮曲线，而是使用切割完成信号触发单纯的定位指令去打断电子凸轮，这样我可以留足够的时间进行切割动作，并且我可以把返回的速度加到足够的快。退一步讲如果本周期已经不足以完成返回动作，我可以少进行一次追剪动作，此时切出来的板材长度是规定长度的两倍，可以拿到人工工位进行人工切割，产品仍然是良品。

图 4 部分程序展示

对于追剪过程我们使用贝加莱的示波器功能，贝加莱官方叫 TRACE 功能吧，我们抓取了速度和位置曲线，无论速度曲线还是位置曲线都十分平滑，这就说明这样的追剪系统非常稳定。使用 PLCopen 标准的电子凸轮功能完成追剪切割机的动作是非常理想的，是可以值得推广的 。

图 5 位置曲线

图6 速度曲线

分析以上位置曲线和速度曲线可以发现无论主轴还是从轴位置和速度都很平滑，这对机械的运行的稳定性及其重要，并且从轴跟随的效果也非常好，从同步区的速度可以看到从轴的速度和主轴完全一致，这样才能够保证切割时产品边缘是笔直的直线而不是一条斜线或者波浪线。边缘如果是斜线说明从轴速度一直偏大或者偏小，边缘是波浪线说明从轴的速度忽快忽慢，这两种现象在我们的应用中都没有发生。

要保证切割长度的准确，需要在特定的位置进入同步区然后发出切割信号，这个有技巧在里面，电子凸轮需要设置合适的启动模式，对于轴的类型也要根据需求设置，这样才能保证啮合位置是固定而不是随机的。

四、总结

贝加莱支持 PLCopen 标准功能块，熟练使用 PLCopen 功能块的同行们可以快速掌握，在运动控制中使用还是比较方便的。

五、附录

此次使用的 PLCopen 功能块见下图。

图 7 PLCopen 功能块

昆仑通态历史曲线如何组态呢？

绘制了历史曲线后，在历史曲线上双击鼠标左键，将弹出“历史曲线构件属性设置对话框”。历史曲线构件属性设置对话框由六个属性卡片“基本属性”、“存盘属性”、“标注属性”、“曲线标识”、“输出信息”、“高级属性” 组成。下面来详细介绍历史曲线的组态。

基本属性页 ：设置历史曲线的名称及网格、显示与否、密度以及历史曲线背景颜色和边线的颜色线形。如图，可以组态的项目包括：

l 曲线名称：曲线名称是用户窗口中所组态的历史趋势曲线的唯一标识。历史趋势曲线属性和方法的调用都必须引用此曲线名称。

l 曲线网格：曲线网格中罗列了X轴和Y轴主划线和次划线的分度间隔、 线色和线形。主划线是指曲线的网格中颜色较深的几条划线，用于把整个坐标轴区域划分为相等的几个部分。而次划线通常指颜色比较浅的几条划线，用于把主划线划出的区域再等分为相等的几个部分。数目项的组态决定了把区域划分为几个部分。如使用X主划线数目为4，则在历史趋势曲线中，纵向划出3根主划线，把整个X轴等分为4个部分。使用X次划线数目为2，则每个主划线区域被一根次划线等分为两个部分。

l 曲线背景：在曲线背景中，我们可以更改背景的颜色、边线的颜色、边线的线形，“不显示网格”和“透明曲线”分别表示在历史曲线中不绘制曲线网格、不填充背景颜色。在比较小的趋势曲线中，通常选择不绘制网格，以免显得过于紧促。透明曲线通常用于要把曲线层叠于其图形之上进行显示。

存盘数据页： 在这个选项中，组态历史趋势曲线的数据源，数据源只可以选择使用MCGS的存盘组对象产生的数据。不可以选择Access数据库和ODBC数据库中产生的数据。

l 组对象对应的存盘数据：可以在下拉框中选择一个具有存盘属性的组对象，MCGS嵌入版自动在下拉框中列出了所有的具有存盘属性的组对象。

标注设置页： 在此页中，可以对历史趋势曲线的X坐标（时间轴）进行组态设置。在曲线起始点选项框中，可以根据需要确定曲线显示的起始时间和位置。

l X轴标识设置：在X轴标识设置框中，可以对X轴的属性进行设置，可以组态的项目包括：

l 对应的列：组态历史趋势曲线横坐标（时间轴）连接的数据列，必须使用存盘数据属性页中组态好的数据源的数据表中的时间列，在这一项的下拉框中列出的所有可用的时间列。因为使用MCGS的存盘数据组对象，所以对应的数据列应该选择MCGS_TIME。

l 坐标长度：X轴的整个长度的数值。X轴的真实长度是由坐标长度和时间单位共同决定的。比如，当坐标长度为1而时间单位为天，则整个X轴长度就是一天。

l 时间单位：设置X轴的时间单位。可以是秒、分、时、天、月、年。

l 时间格式：X轴坐标标注中时间的表示方式，可以选择的方式有：“分：秒”、“时：分”、“日 时”、“月-日”、“年-月”、“时：分：秒”、“日 时：分”、“月-日 时”、“年-月-日”、“日 时：分：秒”、“月-日 时：分”、“年-月-日 时”、“月-日 时：分：秒”、“年-月-日 时：分”、“年-月-日 时：分：秒”。

l 标注间隔：是指在X轴横坐标上时间标识单位分布间隔的长度。标注间隔为1时，在每个X轴主划线有一个时间标注。当标注间隔为2时，每隔一个X轴主划线有一个时间标注。

l 标注颜色：X轴标注的颜色。

l 标注字体：X轴标注的字体。

l 不显示X轴标注：不显示X轴标注。关闭X轴标注的显示和Y轴标注的显示，并关闭历史曲线的操作按钮的显示后，可以构造一个干净的历史曲线。用户可以自己制作标注和操作按钮，进行个性化定制。

l 曲线起始点：曲线起始点组态是设置历史曲线绘制的起始时间位置，通过改变不同的起始位置，可以帮助用户迅速定位到需要的时间上，了解趋势的变化。曲线起始点组态可以组态的内容包括：

l 存盘数据的开头：表示历史曲线以数据源中时间列里最早的时间作为起始点来绘制曲线。也就是说，以数据源中最早的时间作为X轴坐标的起点，把X轴长度内的记录的数值绘制在历史曲线的显示网格中。

l 当前时刻的存盘数据：历史趋势曲线以当前时刻作为X轴的结束点，X轴的起始点是从结束点向前倒推X轴长度。

l 最近时间段存盘数据：这个选项比较灵活，通过改变不同的时间单位设置和不同数值设置，可以得到时间跨度很大的历史曲线。比如选择“最近6小时”，则以当前时刻为X轴结束点，以6小时为X轴时间长度，以当前时刻倒推6小时作为X轴起始点。

l 当天C时的存盘数据：X轴起始点定为当天C时。这种用法通常用于观察一天内的生产曲线。如选择当天6时，长度是8小时，就是在查看当天头一班生产的生产曲线。

l 昨天C时的存盘数据：同上，但是时间起始从昨天C时开始。

l 本月C日的存盘数据：同上，但是时间起始从本月C日开始。

l 上月C日的存盘数据：同上，但是时间起始从上月C日开始。

曲线标识页： 在MCGS嵌入版组态软件的历史曲线中，能进行总共16条曲线的组态。同时显示16条曲线，会导致曲线显示过密，无法查看。因此，一般只同时显示1~4条曲线。但是，通过在脚本程序中调用历史曲线方法，用户可以在运行时决定显示哪条曲线，以方便进行16条曲线之间的比较。在曲线标识页中，左上部分是曲线列表，曲线列表中，要使用一条曲线，必须在这条曲线左边的复选框中给这条曲线打勾，此时，右上部分曲线组态项目就可以使用了。通过曲线组态项的组态，可以使得这条曲线以合适的方式显示出来。为了组态其曲线，可以在曲线列表中选择其曲线，此时，正在组态的曲线信息将被保存，而选中曲线的信息将被装载到曲线组态项目的各个组态项中。曲线的组态项包括：

l 曲线内容：每一条曲线的组态都必须组态曲线内容，曲线内容的组态决定了数据源中哪个数据列的数据将被作为趋势曲线的数值绘制成趋势曲线。在曲线内容组态的下拉框中，列出了所有可以使用的数据列。

l 曲线线型：不同的趋势曲线在用户的眼中有不同的意义，设定独特的曲线线形，可以区分不同的趋势曲线。

l 曲线颜色：同上，有助于区分不同的曲线。

l 工程单位：曲线连接的数据列的工程单位。在运行时，工程单位将显示在曲线信息窗口中。如果不使用曲线信息窗口，则不需要进行工程单位的组态。如图：

l 小数位数：在信息窗口中，显示游标指示数值时，使用的小数位数。可以在考虑到实际需要和显示效果后着重选择。如果不使用曲线信息窗口，则不需要进行小数位数的组态。

l 最小值、最大值：设定了曲线的最小最大值。同时，Y轴标注的绘制，也由这个组态项目决定。当使用多条曲线时，MCGS嵌入版使用第一条曲线的最大最小值来进行Y轴的标注。Y轴以第一条曲线的最小值作为Y坐标原点起始值，以第一条曲线的最大值作为Y坐标最大值。最小值可以大于最大值，此时Y轴方向是数值减少的方向。使用多条曲线时，每条曲线都按照自己的最大值和最小值的组态映射到整个Y轴坐标上。因此多条曲线可以使用不同的比例结合到同一个趋势曲线中显示。

l 实时刷新：在高级属性页中选择了使用实时刷新功能后，组态的每条曲线都必须组态实时刷新项。实时刷新功能只针对MCGS嵌入版存盘组对象作为数据源的情况提供，在这种情况下，每条曲线连接的数据列在实时数据库中都有一个对应的数据对象，在本组态项中连接对应的数据对象，MCGS嵌入版就可以在运行时动态的从实时数据库中获取数据对象的值，在趋势曲线上动态绘制，刷新曲线内容。而不需要用户手工操作来获得最新的趋势变化情况。

l 标注颜色、标注间隔、标注字体：这些都是对历史曲线Y轴上的标识字符的属性的设置。可以参见X轴标注的相关解释。

l 不显示Y轴坐标：不绘制历史曲线上Y轴标注。使用这个选项通常是因为用户需要自己定制Y轴标注。

输出信息页： 输出信息页组态了历史曲线操作过程中产生的一些信息的输出办法。通过在对应的项目上连接数据对象，可以在数据对象中，实时的获取历史趋势曲线产生的值。在输出属性页中，可以组态的项目有：

l X轴起始时间：可以连接一个字符型变量，在每次X轴起始时间改变包括翻页，和重新设置起始时间等操作时，输出X轴的起始时间。

l X轴时间长度：可以连接一个数值型变量，在X轴长度改变时，输出X轴长度的值。

l X轴时间单位：可以连接一个字符型变量，在X轴单位改变时，输出X轴单位的值。可能的值包括：秒，分，时，天，周，月，年等。

l 曲线1~曲线16：可以连接一个数值型变量，当用户的鼠标在曲线区域内移动时，会导致光标移动，此时，光标指定的时刻每条曲线的值会通过这个数值型变量输出。通过这个连接，用户可以自己构造一个曲线数值显示区，用来显示曲线光标指定的时刻各个趋势曲线的精确值。

高级属性页： 在高级属性中的设置主要是对历史曲线在运行的各种属性进行组态设置。在高级属性页中，可以选择的组态项目有：

l 运行时显示曲线翻页操作按钮：去掉这个选项时，历史趋势曲线将不会显示翻页的按钮。这里的翻页操作按钮包括曲线下方的所有按钮，如时间设置和曲线设置按钮等。因此，去掉这个选项后，曲线下方将没有任何按钮。

l 运行时显示曲线放大操作按钮：去掉这个选项时，历史趋势曲线将不会显示放大操作按钮。这里的放大操作按钮是指位于X坐标轴和Y坐标轴上的两个放大游标。

l 运行时显示曲线信息显示窗口：去掉这个选项时，历史趋势曲线将不会显示曲线信息的窗口。但是，仍然可以在运行时通过脚本程序调用历史趋势曲线的方法来打开和关闭曲线信息窗口的显示。

l 运行时自动刷新：选择这个选项时，将导致历史曲线自动进行曲线刷新。注意，这个选项只对使用存盘组对象作为数据源时有效，而且在进行曲线的组态时，需要对每条曲线指定一个对应的数据对象，以便趋势曲线进行动态刷新。

l 刷新周期：设置动态刷新时，多长时间往趋势曲线上增加一个数据点。太短则CPU占用率太大。太长则曲线粗糙。通常选择10~60秒比较合适。

l X秒后自动恢复刷新状态：当用户进行历史趋势浏览操作时，MCGS嵌入版停止了历史趋势的刷新操作，以免妨碍用户的操作。当用户在X秒内不再进行翻页等操作后，MCGS嵌入版自动开始历史趋势的刷新操作。通常选择60~120秒比较合适。

l 自动减少曲线的密度：在嵌入版中此功能无效。

l 运行时自动处理间隔点：由于不可避免的原因，数据在存储时会出现不连续的现象，如计算机停止运行等。在绘制曲线时，对没有数据的时间段，MCGS嵌入版会使用一条直线来连接这个时间段之前的最后一条记录和这个时间段之后的第一条记录，这样会导致一条长直线出现，影响用户对趋势的判断。为了防止类似的现象影响对数据的分析，选择运行时自动处理间隔点，可以使MCGS嵌入版忽略缺少数据记录的时间段，在这个时间段内，不绘制任何曲线，此处理有助于用户正确的理解趋势曲线的含义。

l 断点间隔：组态多长时间内没有数据可以认为出现了停顿。这个间隔选得太短，则正常的存盘间隔也被认为是存盘中断，而间隔设得太长，则真正的存盘记录中断也被忽略。通常的，考虑到计算机重新启动的时间长短，选择300秒到3600秒比较合适。

l 信息显示窗口跟随光标移动：信息显示窗口的位置有两种摆放方法。一种是固定显示在曲线区域的四个角。信息窗口显示在与鼠标位置相对的角落里。另一种是跟随鼠标移动。使用哪种方法，可以根据曲线的大小决定，曲线很大时，可以选择跟随光标，以免用户的目光在光标和信息窗口之间来回转移时距离太大。曲线比较小时，可以选择固定显示，此时光标和信息窗口距离并不远，选择跟随光标反而影响用户观察数据。

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