丹佛斯 MCO305 運動控制器的電子凸輪功能在色標定長橫切機上的應用
The Application of Danfoss MCO305 Motion Controller E-CAM Function in Mark fixed Length Across Cutting Machine
摘要：丹佛斯FC300高性能驅動器加上新一代MCO305高速運動專用控制器，能實現高精度高響應速度的電子凸輪同步控制功能，可以應用于紙箱或紙袋機的色標定長橫切上。電機可以選用異步或同步伺服電機。支持各種各樣的電機反饋裝置，從增量編碼器、絕對位置編碼器一直到旋轉變壓器。本文就丹佛斯MCO305電子凸輪功能在色標定長飛剪上的應用加以詳細論述。
關鍵詞： 電子凸輪 色標定長飛剪
Abstract: Danfoss FC300 series high performance servo driver has E-CAM synchronous control function with new generation MCO305 high speed motion control option card. It can be used in mark fixed length across cutting machine needed in bagging or paper box industry. The motor can either be asynchronous motor or synchronous motor. It support all kinds of motor feedback devices, from incremental encoder, absolute encoder to resolver. The thesis describe the application of MCO305 E-CAM function used in mark fixed across cutting machine in detail.
Keywords: E-CAM Mark Fixed Length Cut
引言： 定長或色標定長紙箱、紙袋橫切機是紙袋機和瓦楞紙箱機的關鍵設備。隨著生產速度和精度要求的提高，對驅動器和控制器的性能和響應要求也越來越高。以前的解決方案一般使用專用的運動控制器和伺服驅動器。丹佛斯公司的FC302伺服驅動器結合MCO305運動控制卡提供的電子凸輪色標同步功能，為這個行業提供了一種一體化的易用的解決方案，用戶只需要設置幾個簡單的參數，就能實現任意切割長度、任意切割位置的實際生產需求，操作和調試也非常簡便。
一、 MCO305 運動控制器功能簡介
MCO305硬件I/O端口配置：
&# 8226; 兩個編碼器接口
支持增量編碼器，單圈或多圈SSI絕對位置編碼器，Hiperface接口編碼器。
&# 8226; 10個數字量輸入
&# 8226; 8個數字量輸出
&# 8226; 1個RS485通訊口
&# 8226; 1個CANOpen通訊口
&# 8226; 另外還可以利用變頻器本體的全部資源。
MCO305與變頻器的通訊結構：
系統內部有兩條通訊總線，一條是SPI總線，速度較高，專門用于傳遞編碼器信號和變頻器速度給點指令；另一條是CAN總線，處理相對來說響應要求不高的數據和指令。
二、 MCO305 運動控制器電子凸輪功能
MCO305的電子凸輪同步功能允許用戶按預先定義好的從軸-主軸位置關系曲線（電子凸輪曲線），控制從軸運行。電子凸輪同步還可以在附帶色標修正信號的情況下執行，這在紙袋機中是必須的，因為要求切刀切割點正好在色標上。
丹佛斯的編程軟件Aposs內含電子凸輪曲線編輯工具，用戶首先填表定義電子凸輪曲線的固定點，然后編譯器借助樣條曲線差補從固定點計算曲線。編譯器計算時根據轉矩最小原理進行了優化。為了防止在重復的曲線周期下發生速度跳變，開始和結束時的速度是相等的。
差補曲線有3次曲線、5次曲線、切線和梯形共4種，電子凸輪切割時要求切刀速度與主機線速度同步，同步區的電子凸輪差補曲線要定義為切線，這樣從機與主機的速比就能維持為常數保持不變。
電子凸輪曲線輪廓在MCO305內部是以數組方式保存的，用戶可以用DIM指令和SETCURVE命令調用數組。電子凸輪同步時，用戶可以在線修改電子凸輪曲線。新的電子凸輪曲線將在下一個凸輪周期開始時自動被調用，用戶不需要操心電子凸輪曲線切換的問題。
三、 色標定長切割的工藝要求：
色標定長切割的工藝要求：
1. 橫切刀連續運轉，橫切刀每旋轉一周，被切割材料正好走過一個定長長度；
2. 切割時有同步區，材料線速度與切刀線速度相同；
3. 切斷點正好在色標點。
色標定長切割的應用中引入電子凸輪同步控制的主要目的是為了以最小的加減速轉矩實現高速定長切割的工藝要求。切刀周長、裁切長度和同步區寬度將決定電子凸輪曲線的形狀。
上圖為不同定長時對應的典型電子凸輪曲線例。其中藍色曲線就是電子凸輪的位置曲線，紅色曲線是速度曲線，中間綠色線段為同步區域。同步區的速比是恒定不變的，可以看到，當定長較短時，非同步區的速比要提高；當定長較長時，非同步區的速比要減小，以保證切刀旋轉周期與主軸定長輸送周期一致。
四、 MCO305 色標電子凸輪同步在色標定長切割上的應用：
1. 主軸（測速輥）用戶單位參數設置：
令主軸用戶單位MU為0.001毫米。
如果主軸測速輥直徑為80毫米，主軸編碼器分辨率為2048 PPR，則每0.001毫米對應的QC（4倍頻脈沖數）為：
變頻器參數P33-10 ：參數P33-11 要等于主軸用戶單位系數。
2. 從軸（滾刀）用戶單位參數設置：
令從軸用戶單位UU為0.01°。
如果滾動減速機的齒輪比為63：26，滾刀驅動電機的反饋編碼器分辨率為2500 PPR，則每0.01°對應的QC（4倍頻脈沖數）為：
變頻器參數P32-12 ：參數P32-11 要等于從軸用戶單位系數。
用戶參數設置
參數號
參數名稱
出廠值（代碼）
設定值（代碼）
32-11
用戶單位的分母
1
52
32-12
用戶單位的分子
1
35
33-10
主軸用戶單位的分子
1
8192
33-11
主軸用戶單位的分母
1
251327
3. 根據定長，構造電子凸輪曲線：
首先確定主-從軸的同步速比Ksync ，如果滾刀直徑D為287 mm，
因為，從軸每轉 = 36000UU = πD (mm) = π×287×1000 MU
所以， K
sync =
=
= 0.03992737
其次設定同步區長度，如果令滾刀同步區長度為50°，即5000 UU，則
主軸同步區長度 =
= 125227 MU
下面介紹一種最簡單的電子凸輪曲線構造辦法 — 4固定點描述電子凸輪同步飛剪曲線法，用上面的基本數據生成4固定點坐標數據表格如下：
4 固定點電子凸輪曲線描述坐標數據表
點
主軸位置（ MU ）
從軸位置（ UU ）
樣條曲線類型
1
0
固定值
0
固定值
高次曲線
2
437386
= 第3點的值的一半
15500
= 第3點的值的一半
高次曲線
3
874773
= 定長-主軸同步區長度
31000
= 360°- 50°
切線
4
1000000
= 定長
36000
固定值360°
高次曲線
按照此表，只需要知道定長，就算出所以的坐標點，然后調用 SETCURVE 命令，MCO305就能自動生成新的電子凸輪同步飛剪曲線。
4.
……
色標電子凸輪同步程序：
IF sync_type == 1 AND flag_camm == 0 THEN
SYNCCMM 0 // Select CAM Curve 0
SYNCCSTART 0 // 色標校準CAM同步啟動
flag_camm = 1
flag_cam = 0
OUT 7 1
ENDIF
……
五、 結束語：
現場實際運行證明MCO305電子凸輪控制加上FC302驅動器加上交流伺服電機，響應速度和切割精度都不亞于以前專用的設備。系統調試較專用設備大為簡化，而且設備成本也更低，得到客戶的一致好評。
參考文獻
[1] FC300 Design Guide. MG33BC02. Danfoss
[2] MCO305 Design Guide. MG33L502. Danfoss
作者簡介
夏明：工程師，從事工業驅動控制的應用和研究。聯系方式：上海市汶水東路918號5號樓一層，郵編：200434，電話：021-65618877
= 
= 0.03992737
= 125227 MU
