第25讲飞剪演示系统控制程序设计

第25讲AM600的飞剪控制应用编程本讲讲解飞剪演示装置的应用编程思想、程序编写、调试方法，验证动作效果

本讲讲解飞剪的应用编程1.由色标信号触发的飞剪2.定长切割型的飞剪3.可现场修改剪切长度的编程飞剪演示装置传送带轴飞剪轴色标传感器IS620N伺服AM600IT6070E追剪动作要求设备电气原理说明

传送带轴电机驱动同步皮带旋转，皮带上有5个间距不等的黄色位置标记，每当黄色标记经过色标传感器下方时，传感器会产生一个脉冲信号，送给AM600控制器，便于飞剪启动同步；

飞剪轴驱动由伺服驱动，追剪轴电机由具有掉电保持特性的绝对值编码器作位置检测；

设备配置与结构说明追剪装置动作要求(1/2)AM600、IS620N上电完成自检后，进入停机状态，HMI上显示自检结果，如有异常，在HMI上显示故障原因;当按下HMI界面上的“开始演示”按钮，传送带开始逆时针旋转，当色标传感器检测到传送带上一个有效的色标信号后，飞剪轴即开始对该色标进行同步跟踪；飞剪轴为顺时针运动，要求飞剪轴上的指针与传送带上的被跟踪点在垂直方向保存同步运动，直到离开同步区间后，飞剪轴处于等待位置，等待下一次同步；典型的飞剪凸轮曲线追剪装置动作要求(2/2)传送带旋转线速度每分钟有5m、10m、20m、30m,每5秒钟改变一次速度，依次循环，在不同速度下均能保持追踪同步效果运行中，按下HMI界面上的“停止演示”，演示运行停止；要求HMI有设置2个轴的动作位置调试设置画面，保证按要求准确跟踪控制要点分析1——传送带轴需要确定的条件：剪切位置与色标传感器的距离；定性分析：剪切位置与色标传感器的距离，按传送带轴的运动位置来计算；控制要点分析2——飞剪轴需要确定的参数，以便分析实现所需运动指标的可行性：飞剪轴的剪切位置；飞剪轴的暂停的等待位置；定性分析：飞剪轴的剪切位置可以定位为飞剪轴的中间关键点；控制要点分析3——色标与剪切点色标传感器信号：用于测量色标与同步运动起始点的距离；可以消除工件长度的不均匀性；使用考虑：

将色标信号（OC型电平信号）接入AM600的HSIO端口，（如I0.0端口），在控制程序POU中，将该端口设置为外部中断信号输入，上升沿有效；控制要点分析4——方便调试设计调试中可能需要调整的参数：飞剪点坐标、色标剪切点距离，要能通过HMI手动调试，按钮确认后，自动设定；飞剪轴的原点坐标自动保存，无需每次上电归零操作；故障信息在HMI显示，复位告警；编程考虑1——传送带的运动控制与位置检测因传送带为同步皮带，由伺服驱动，根据该伺服编码器的读数，可以确定传送带的位置；在传送带伺服的EtherCAT通讯PDO配置中，要有探针功能数据，便于及时得知检测到色标信号时主轴位置；AM600用MC_MoveVelocity指令控制传送带驱动伺服的运行，只需定时修改速度指令，实现扫频方式运行；根据HMI的指令进行来启动运行或停止传送带伺服；编程时要有轴状态状态的检查监视处理；编程考虑2——飞剪轴的控制本装置上飞剪伺服电机采用绝对值编码器，单方向旋转，应配置为“旋转模式”；追剪轴与传送带轴之间采用凸轮控制，本轴为凸轮从轴；要求在剪切动作区间与传送带保持位置同步，速度同步；凸轮运动为非周期模式；通过凸轮曲线末端要回到原点；为保证飞剪轴剪切位置的准确，避免旋转位置的累积误差，凸轮同步从轴采用绝对位置模式；剪切位置变量、色标间距变量、凸轮表的关键点坐标等，声明为全局、掉电保持型变量，便于HMI进行修改、数据长期保持；编程考虑3——凸轮曲线的考虑凸轮CAM设为非周期模式；凸轮曲线从轴位置范围宜为【0~359】，终点坐标在359处，对应旋转角度；凸轮曲线主轴置轴长度参照可能的色标最短距离（或稍小）来设计，以mm长度单位来计算。本例中，主轴长度为120；剪切同步区宜放在凸轮曲线的中段附近，利于飞剪轴的速度达到速度稳定跟随状态；凸轮曲线的关键点不宜太多，关键点坐标变量要声明为全局Retain型变量，方便HMI进行追剪特性的调试修改。编程考虑4——色标信号的响应

色标信号接入HSIO端口，编程中将对应端口设为外部硬件中断输入，一旦检测到色标信号的上升沿，引发中断，在中断子程序中，置中断发生的标志INTi；

在EtherCAT中断POU中，一旦检测到INTi标志，处理：置下一个外部INTi标志，退出。编程考虑5——EtherCAT中断处理首先，在EtherCAT中断POU中，一旦检测到由色标信号中断置位的INTi全局标志，先作处理：将传送带轴编码器读数Pi放到缓冲单元，将（Pi+L）存放于凸轮进入点队列；（其中L为传送带上色标探头与凸轮进入点距离）置下一个凸轮触发请求标志；清除标志INTi，便于判断下一次的色标信号；色标信号的检测登记，会有一定的延迟（表现为传送带色标位置读数的滞后），传送带的运行速度越高，延迟的影响越明显，误差补偿量宜与传送带速度相关编程考虑6——凸轮控制处理其次，在EtherCAT中断POU中，按运行状态如下划分：ST0：上电自检准备状态：ST1：设备出错告警状态；ST2：停机状态：ST3：手动调试状态：ST4：自动运行状态，传送带轴运行、追剪轴追剪轴凸轮同步状态

在每个状态，要分别作哪些处理，就容易分析编程了状态划分及转移逻辑

上电后，AM600主模块首先被唤醒，控制器系统自检，稍后开始用户程序的执行，在用户程序开始扫描后，一些外设才陆续完成启动，例如EtherCAT总线、伺服、远程模块等，因此我们需要逐项判断处理：1）等待EtherCAT总线启动完成，正常完成后使能主轴伺服与追剪伺服；2）若2个伺服都已完成使能，轴为stop状态，则进入ST2停机状态；3）若伺服报错，发送清除告警命令；4）若持续20秒钟，2个轴无法进入完成使能状态，进入ST1报超时错误ST0：上电自检准备状态的编程

设备告警状态，可能2个伺服、1个色标色标传感器中，某1项出现问题，因此我们需要作善后处理：1）让2个伺服都MC_Stop锁定停机，避免无意中再次转动，造成伤害；2）根据告警信息来源指示告警故障；（EtherCAT总线故障、伺服告警、色标信号检测超时。。。）3）若有手动清除命令，清除故障（重启EtherCAT总线、清除伺服告警、清除超时标志。。）4）若告警信号消失（如EtherCAT总线状态正常，进入停机状态）ST1：设备出错告警状态

在停机状态，等待HMI的操作命令：1）若有手动操作命令，进入手动状态ST3；2）若有自动运行命令，进入自动运行准备状态ST43）传送带扫频速度设为最低档，切换计时指针复位，以便从低速开始演示；

ST2：停机状态在手动状态，根据HMI的操作命令，可以进行如下响应操作：1）若有手动的伺服点动MC_JOG命令，对轴作响应处理；2）若有追剪轴设0命令，将追剪轴位置设为0点（MC_SetPosition）；3）若有传送带轴设0命令，将传送带轴位置设为0点；4）若有设置光标-同步起始点距离，作修改；5）若有退出手动状态命令，2个轴均已停止运动，退回到停机状态ST2。

（若不在手动状态，禁止上述响应操作。在HMI上作权限处理，若无权限，就无法进入ST3状态，防止误修改。）ST3：手动操作状态

动作目标：传送带轴持续运动，等待凸轮同步进入点：1）传送带轴根据速度指令持续运行（MC_MoveVelocity）；2）当传送带轴轴位置到达事先计算好的同步切入位置Si，启动追剪轴的凸轮同步运行（MC_CamIn）；当完成一个凸轮动作后，自动处于等待状态，当下一个同步切入位置Si+1到达，再次触发凸轮动作；依此循环；3）传送带扫频速度切换计时指针刷新，实现每5分钟5m、10m、20m、30m的循环切换；4）当检测到STOP按键命令，停止并锁定主轴伺服；

ST4：自动连续运行，追剪轴同步状态监视设备的运行状态：1）EtherCAT网络的状态，防止有网线断开的情况；2）伺服从站的告警（过载、过压。。）；3）不同状态下两个轴的状态异常；4）色标信号丢失（传送带轴运行中，出现长期为0、或长期为1的情况）

ST0~ST4：故障检测运行状态的停机：1）检测到停机命令，停止2个轴的运动（MC_Stop），转移到停机状态ST1；

生产设备中，若是紧急停机，就立即停机；若是正常停机，一般是凸轮同步完成后停止比较合理（等ST7状态完成）。

ST3~ST4：停机命令的响应

通过色标点中断信号，色标-切入点距离L，计算得到追剪轴的凸轮运行进入点Pi，以便在ST4状态中，触发MC_CamIn指令的执行：1）色标信号的上升沿，引发HSIO端口的外部中断程序执行；在该中断程序中，置全局变量gbSensor=1后即退出中断；2）每次进入EtherCAT中断检查gbSensor标志，若为1，将当前传送带轴的位置加L保存到Pi队列中，随即清除gbSensor标志；----为了防止色标距离出发点的距离太远，需要记住多个色标位置，可采用数据队列保存这些色标位置；3）EtherCAT中断的ST4状态，将传送带轴的当前位置与Pi队列中的最前端位置进行比，若符合允许范围，即触发MC_CamIn，将队列挤出1个元素；---考虑到EtherCAT周期间隔影响，触发的判断要适当提前量，通过HMI调试确定；色标信号检测与飞剪切入点Pi计算色标信号检测与飞剪切入点Pi计算

一些飞剪追剪应用中，由于机械结构的原因，色标传感器往往与剪裁点有一段距离，这段距离内会有多于1个工件的长度：色标信号缓存区的设计

对于这样的结构，我们可以设计一个剪切目标点队列，先进先出（FIFO），存放时放在缓冲区的队尾；取数时则取队头，然后前移一位。存放例程：CASEBufDeepOF //--根据缓存指针，存放缓冲区尾部

0: TargetPointArry0:=Axis_CONVERY.fActPosition; 1: TargetPointArry1:=Axis_CONVERY.fActPosition; 2: TargetPointArry2:=Axis_CONVERY.fActPosition;END_CASE

每次进入EtherCAT中断，都将传送带轴的当前位置，与目标缓冲区的目标位置进行比较，一旦位置超过目标点，即触发一次凸轮：（其中0.1为允许提前量；SensorCut_Length为传感器与剪切点的距离）IFBufDeep>0THEN//比较缓存数据个数不为0，tmp1:=Axis_CONVERY.fActPosition-(TargetPointArry0+SensorCut_Length);IFtmp1>-0.1THEN //传送带走过了1个工件长度的距离CamIn_trig:=1; //触发凸轮1次，在MC_CamIn中用到这个标志TargetPointArry0:=TargetPointArry1; //将缓存数据前移1位，即退栈TargetPointArry1:=TargetPointArry2;BufDeep:=BufDeep-1; //缓存栈指针前移1位END_IFEND_IF凸轮运行触发的设计1）编程步骤、程序结构编程要点2）伺服轴参数要点3）调试步骤、调试监视要点4）追剪演示效果观察5）色标信号与剪切点的对准、手动修改6）传送带不同速度下的准确性误差处理对策编程代码与调试

本讲讲解飞剪的应用编程1.由色标信号触发的飞剪2.定长切割型的飞剪3.可现场修改剪切长度的编程用于定长剪切的凸轮控制应用编程考虑——飞剪轴的控制与间歇式的飞剪相同的处理方面：本装置上飞剪伺服电机采用绝对值编码器，单方向旋转，配置为“旋转模式”；飞剪轴与传送带轴之间采用凸轮控制，本轴为凸轮从轴；要求在剪切动作区间与传送带保持位置同步，速度同步；剪切长度变量，声明为全局、掉电保持型变量，便于HMI进行修改、数据长期保持编程考虑——飞剪轴的设定与间歇式飞剪不同的处理方面：凸轮表范围【0~360】周期模式，每个凸轮周期飞剪轴正好旋转一周；为保证飞剪动作反复循环，避免旋转位置的累积误差，从轴采用绝对位置模式，即： MC_CAMTableSelect（Periodic:=TRUE, MasterAbsolute:=FALSE, SlaveAbsolute:=TRUE）注意首次开始追剪运行（MC_CamIn）前，最好将从轴先调整到凸轮曲线的起始点，避免高速追赶产生的冲击

本讲讲解飞剪的应用编程1.由色标信号触发的飞剪2.定长切割型的飞剪3.可现场修改剪切长度的编程剪切长度可以现场设定的处理方法一方法1：将凸轮曲线设为非周期模式，每完成一次凸轮同步后，从轴即在凸轮曲线的终点退出同步，理论上从轴在终点处于0速待机状态，主轴继续运动达到设定的长度，或检测到色标信号后，再触发从轴的凸轮同步运行。因此只需修改凸轮运行的触发点，可改变剪切长度。优点：无需修改凸轮曲线或关键点，终端用户通过HMI现场修改主轴运行长度的比较值即可。剪切长度可以现场设定的处理方法二方法2：将凸轮曲线设为周期模式，通过HMI修改凸轮表的主轴坐标范围，可改变剪切长度。优点：调试好同步区间的特性后，剪切长度的放大、适当缩小，无需再行调试凸轮曲线，适合终端用户的现场修改剪切长度可以现场设定的处理方法三方法3：HMI修改凸轮表主轴（横轴）的比例，改变剪切长度；修改同步区间的关键点，再调整同步区间的特性。缺点：修改主轴比例，会改变从轴与传送带在同步区间的速度特性，需再重新调试关键点，切换效率低。凸轮曲线制作——从轴间歇型运动当飞剪轴的旋切刀的旋转