电子凸轮原理与应用

电子凸轮原理与应用

2010-01-28 18:15

机械凸轮

机械凸轮是一种角度感应和控制装置，通过在金属盘片上加工出一定形状的轮廓曲线，使其在某个位置可以有效的使与之接近的微动开关产生动作－导通或截止，如图所示。凸轮盘可以组合使用，将多个凸轮串联可以实现关联控制。用户可以按控制要求设置凸轮片间的间隔角度和凸轮盘个数，从而达到角度感应和多点输出控制的目的。如图所示，凸轮盘串接在同一根轴上，并且凸轮间以一定的角度相间隔，在微动开关的一端接+5V，连续转动轴，在开关的另一端可以得到变化的电平输出。

用机械凸轮可以完成一些简单的控制和角度感应，可以实现粗略定位。盘片的加工和维修复杂，而且易磨损，制作困难。

电子凸轮

电子凸轮又称Electronic CAM，是模拟机械凸轮的一种智能控制器。它通过位置传感器（如旋转变压器Resolver或编码器Encoder等）将位置信息反馈给CPU，CPU将接收到的位置信号进行解码、运算处理，并按设定要求在指定位置将电平信号进行设置并输出。

电子凸轮和系统组成

下图为电子凸轮和系统图。该型号采用旋变作为位置传感器，可以通过通讯端口和PC或手持编程器（Handy terminal）进行通信。PC和手持编程器提供给用户编程使用，为用户提供了方便的编程界面。信号输出采用并行（PIO）和串行（SIO）两种方式，输出信号可以直接用来控制伺服电机和步进电机的驱动器，也可以通过控制器将信号集中处理后控制变频器等驱动装置,实现运动控制的目的。

输出设置

电子凸轮的输出是以DOG为单位进行设置的，如图4所示。一个DOG分为DOG WIDTH和DOG INTERVAL两部分，DOGWIDTH相当于机械凸轮中开关被压下并保持的时间或角度范围，需设置一个起始角度（Start position）ON（比如图中的0°）和一个终止角度（End position）OFF（比如图中的30°）。相应的DOGINTERVAL就是相当于开关松开的角度范围。对于一个凸轮来讲，可以有多个DOG，通常只需设置DOG WIDTH，DOG Interval就是在两个DOG WIDTH中间的角度范围，不需另外设置。以下图为例，只需设置0°——ON，30°——OFF；57°——ON，95°——OFF即可。一般可以设定的DOG数和SENSOR的转速有关，转速越高，可以设定的DOG就越少，相反转速越低，可设定DOG数越多。

凸轮信息的输出有两种方式：PIO和SIO。PIO也就是并行输出，共40个通道（CHANEL），其中32个可以用做输出凸轮(CAM)和位置(Position)、速度(Speed)信息，8个CHANEL用做错误信息等的输出。32个CAM可以是32个CAM输出，也可以是16个CAM+Position,或者16个CAM+Speed,或者Speed+Position。用户可以根据具体应用的需要进行合理的设置。SIO也就是串行输出，其输出信息的内容与PIO相同，只是接口形式不同而已，比较适合慢速系统使用。

位置和速度信息的输出编码形式主要是BCD码、PureBinary、Gray码。

32个通道都用做凸轮输出时，各通道凸轮之间彼此独立，互不影响，用户可以根据自己的需要单独设置各点的输出来实现组合控制。下图是32个输出通道全部设为CAM输出时的完整输出信号。

每个CAM可以控制一组马达和驱动器，因此最多可以控制32组。通过选定各个DOG的参数，可以轻易的实现各个轴之间的同步和联动。

应用

电子凸轮可以应用在诸如汽车制造、冶金、机械加工、纺织、印刷、食品包装、水利水电等各个领域。

比如在机械加工方面，用电子凸轮来代替笨重的机械凸轮当然是最简单的了。将马达轴上的机械凸轮换成旋变做位置反馈，将电子凸轮的信号送控制器，即可实现原来的机械凸轮全部功能。毫无疑问采用电子凸轮的系统具有更高的加工精度和灵活性，能大副提高生产效率。

在水处理和水利水电方面，电子凸轮也有其特别的应用价值。如图所示，将电子凸轮的传感器（一般是旋变）上安装一个浮标，将浮标置于水面上，浮标随水面的变化而上下运动，带动传感器轴一起运动。将目标水位对应的旋变位置设置为凸轮DOG的终止（OFF）角度，将允许的最高水位对应的旋变位置设置为凸轮DOG的起始（ON）角度。水位传感器的信号送凸轮控制器，控制器控制拉闸马达。这样当水位达到最高水位时，传感器将水位信息反馈给凸轮控制器，再控制拉闸马达驱动器便可泻洪；当达到目标水位后，凸轮输出信号翻转，马达通车，实现水位稳定。

当然，水位控制不是电子凸轮的唯一用途，流量控制往往显得更为重要。由于电子凸轮可以输出CAM+POSITION，也就是凸轮和位置信息，所以在控制中水位传感器可以将水位精确反馈给凸轮控制器，如果再在拉闸马达上安装一编码器的话，就可以实现排洪流量的精确控制。而这一点往往是最重要的。此外电子凸轮提供的串行通讯口，可以和PC通信，从而可以实现远程控制。

在印刷行业，电子凸轮也已经获得了广泛应用，其控制大致如图所示。将旋变安装在传动马达轴上，旋变将马达的位置和速度信息反馈给电子凸轮，电子凸轮输出传动马达的速度和凸轮信号给送纸马达驱动器，实现送纸和传动之间的的同步，此外，由于电子凸轮有速度感应的功能，所以它可以象伺服一样实现恒速送纸。另外，控制器可以和电脑通信，从而使得控制更加智能化。

在矿山采矿和冶金方面，电子凸轮也有其广泛的应用，下图所示为典型的矿山采掘设备，从矿床挖掘到矿石储存和矿物在港口转运，整个过程都由电子凸轮做传送定位、旋转角度设定和监控、矿物料斗升降控制。

此外，电子凸轮还可以应用在象弹簧机，木工机械，自动涂装生产线上，在此不一一介绍。

电子凸轮产品系列价格适中，性能稳定，使用灵活，具有广阔的应用前景。

电子凸轮之伺服实现

2009-01-10 11:01

相对于机械凸轮，电子凸轮对大部分人来说都是比较陌生的，但电子凸轮的优点远远超过机械凸轮。曾用伺服电机+伺服驱动器+控制电路系统做过电子凸轮，现把过程经验分享给大家。