臺達(dá)運動控制型的PLC應(yīng)用技術(shù)
發(fā)布日期：2022-04-22 點擊率：59 品牌：臺達(dá)_Delta
隨著自動化設(shè)備對控制的高精度、高響應(yīng)性需求的不斷增加，自動化控制技術(shù)不斷提高，精確的高速定位控制得到廣泛應(yīng)用，plc這一工業(yè)控制產(chǎn)品也從早期的邏輯控制領(lǐng)域不斷擴(kuò)展到運動控制領(lǐng)域，實現(xiàn)了以往plc無法完成的運動控制功能。
在運動控制中大多數(shù)采用大家熟悉的數(shù)控系統(tǒng)或者是計算機(jī)運動板卡來完成，雖然作為專門的產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的運動軌跡控制，但同時要完成一些邏輯動作的控制就不如plc靈活方便。臺達(dá)dvp20pm系列plc高速定位、雙軸線性及圓弧插補(bǔ)多功能可編程控制器，結(jié)合了plc邏輯動作控制和數(shù)控系統(tǒng)運動控制的各自優(yōu)點，在功能上滿足雙軸插補(bǔ)的高速定位需求。
臺達(dá)運動控制型plc硬件結(jié)構(gòu)
dvp20pm是臺達(dá)運動控制型plc。dvp20pm通過前后兩個擴(kuò)展口既可作為plc主機(jī)執(zhí)行也可作為eh2型主機(jī)的擴(kuò)展模塊使用，具有x0-x7、y0-y7數(shù)字量輸入輸出各八點，并配置了手搖輪、零點信號、原點信號、極限信號、啟動、停止等各種信號接口滿足應(yīng)用需求。
dvp20pm主機(jī)包含64k超大程序容量內(nèi)存（flash），可支持100段運動程序，脈沖輸出最高可達(dá)500khz，并具備電子原點返回模式，支持plc順序語言及定位語言（g碼與m碼），下面先由硬件部分簡單介紹20pm 組成。
需要提到的是其在運動控制中的特殊輸入輸出點，簡述如下：
start0、start1：啟動輸入；
stop0、stop1：停止輸入；
lsp0/lsn0、lsp1/lsn1：右極限輸入/左極限輸入；
a0+、a0-、a1+、a1-：手搖輪a相脈波輸入+，-（差動信號輸入）；
b0+、b0-、b1+、b1-：手搖輪b相脈波輸入+，-（差動信號輸入）；
pg0+、pg0-、pg1+、pg1-：零點訊號輸入+，- （差動信號輸入）；
dog0、dog1：原點回歸的近點信號輸入或多段運動的啟動信號；
clr0+、clr0-、clr1+、clr1-：清除信號（servo驅(qū)動器內(nèi)部偏差計數(shù)器清除信號）；
fp0+、fp0-、fp1+、fp1-：脈沖輸出端口；
rp0+、rp0-、rp1+、rp1-：脈沖輸出端口。
（注：0表示第一軸，1表示第二軸，如start0表示啟動第一軸，start1表示啟動第二軸，其他信號依次類推）
從端子分布可以看到，除了常用的極限和啟動停止信號外，配置了過零脈沖pg和手搖輪功能輸入端，手搖輪是機(jī)床應(yīng)用中常用而必備功能，而利用過零信號在精確控制場合往往會用到，當(dāng)然更不用說定位控制中都會用到的dog原點信號。
配線規(guī)格
一般i/o點配線就不再贅言了，可以關(guān)注一下plc比較少用到的差分輸入輸出方式，在信號中有一部分是這樣的，一定要注意否則將不能正確完成，
dvp20pm程序結(jié)構(gòu)
由于20pm主機(jī)結(jié)合了plc順序邏輯控制及雙軸插補(bǔ)定位控制的功能，因此在程序架構(gòu)上主要分為o100主程序、ox運動子程序及pn子程序等三大類，結(jié)合了基本指令、應(yīng)用指令、運動指令及gcode指令，使程序設(shè)計更多元化，結(jié)構(gòu)更清晰；程序采用pmsoft軟件進(jìn)行編輯，
主程序
主程序以o100作為起始標(biāo)記，m102作為結(jié)束標(biāo)記，是plc順序控制程序，主要為控制主機(jī)動作執(zhí)行，在o100主程序區(qū)域中，可以使用基本指令及應(yīng)用指令，或在程序中啟動ox0～ox99運動子程序及調(diào)用pn子程序。主要提供主控制程序的建立，以及運動子程序的設(shè)定及啟動控制。
運動子程序
ox0～ox99運動子程序為運動控制程序，主要為控制20pm系列主機(jī)進(jìn)行x-y軸雙軸運動之子程序，于ox0～ox99運動子程序區(qū)段中，有支持基本指令、應(yīng)用指令、運動指令及g碼指令，并在程序中可規(guī)劃呼叫pn指針子程序，通過plc提供的內(nèi)部特d特m進(jìn)行子程序的控制。主要提供運動子程序的建立，以及運動子程序的運動控制，在架構(gòu)上可算是20pm的運動指令及g碼指令規(guī)劃區(qū)域。
子程序
這里所說的子程序是指以pn開頭的一般用子程序，主要是被o100主程序及ox運動子程序調(diào)用的子程序。如在o100主程序調(diào)用pn指針，則pn指針子程序支持基本指令及應(yīng)用指令；若在ox0～ox99運動子程序中調(diào)用pn指針時，則pn指針子程序區(qū)段可支持基本指令、應(yīng)用指令、運動指令及g碼指令。
pmsoft軟件介紹
與臺達(dá)plc的wplsoft軟件相似，dvp20pm的編程軟件pmsoft按照iec61131標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，具有梯形圖和語句表兩種編程方式，且具有g(shù)碼匯入、錯誤提示、區(qū)段注釋、裝置注釋、標(biāo)尺、完善的監(jiān)控窗口、運動指令追蹤等便利工具提供給用戶，特別值得一提的是該軟件具有運動軌跡仿真功能，當(dāng)您編輯好程序后可利用此功能對加工軌跡進(jìn)行模擬演示，
為方便切換階梯窗口，只要點選系統(tǒng)信息列中的樹枝狀對應(yīng)的程序編號，自動切換對應(yīng)的程序編輯窗口，在pmsoft編輯環(huán)境中同時只能有一個階梯圖窗口，這是為了在龐大復(fù)雜程序中找尋程序方便，同時將主程序、運動子程序、一般子程序這三種程序模塊化處理，o100主程序只有一個編輯窗口，oxn運動程序有100個編輯窗口，pm子程序有256個編輯窗口，總共有357個窗口，每個窗口未編輯都有10network。程序編輯由網(wǎng)絡(luò)區(qū)段組成，每個網(wǎng)絡(luò)區(qū)段是由輸入與輸出編輯區(qū)域所組成，在編輯過程中，自動產(chǎn)生邏輯結(jié)構(gòu)正確的階梯圖，使用者無須再做額外補(bǔ)線的動作，網(wǎng)絡(luò)區(qū)段編輯并具有錯誤提示功能。
運動控制編程
相關(guān)概念
在談到dvp20pm產(chǎn)品的應(yīng)用之前，我們對以下概念進(jìn)行一個簡要介紹。
插補(bǔ)
插補(bǔ)是在組成軌跡的直線段或曲線段的起點和終點之間，按一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)點的密化工作，以確定一些中間點。從而為軌跡控制的每一步提供逼近目標(biāo)。
逐點比較法是以四個象限區(qū)域判別為特征，每走一步都要將加工點的瞬時坐標(biāo)與相應(yīng)給定的圖形上的點相比較，判別一下偏差，然后決定下一步的走向。如果加工點走到圖形外面去了，那么下一步就要向圖形里面走；如果加工點已在圖形里面，則下一步就要向圖形外面走，以縮小偏差，這樣就能得到一個接近給定圖形的軌跡，其最大偏差不超過一個脈沖當(dāng)量（一個進(jìn)給脈沖驅(qū)動下工作臺所走過的距離）。
直線插補(bǔ)
這個概念一般是用在計算機(jī)圖形顯示，或者數(shù)控加工的近似走刀等情況下，以數(shù)控加工為例子：一個零件的輪廓往往是多種多樣的，有直線，有圓弧，也有可能是任意曲線，樣條線等。數(shù)控機(jī)床的刀具往往是不能以曲線的實際輪廓去走刀的，而是近似地以若干條很小的直線去走刀，走刀的方向一般是x和y方向。
插補(bǔ)方式有：直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、拋物線插補(bǔ)、樣條線插補(bǔ)等等。
所謂直線插補(bǔ)就是只能用于實際輪廓是直線的插補(bǔ)方式（如果不是直線，也可以用逼近的方式把曲線用一段段線段去逼近，從而每一段線段就可以用直線插補(bǔ)了）。首先假設(shè)在實際輪廓起始點處沿x方向走一小段（一個脈沖當(dāng)量），發(fā)現(xiàn)終點在實際輪廓的下方，則下一條線段沿y方向走一小段，此時如果線段終點還在實際輪廓下方，則繼續(xù)沿y方向走一小段，直到在實際輪廓上方以后，再向x方向走一小段，依次循環(huán)類推。直到到達(dá)輪廓終點為止。這樣，實際輪廓就由一段段的折線拼接而成，雖然是折線，但是如果我們每一段走刀線段都非常小（在精度允許范圍內(nèi)），那么此段折線和實際輪廓還是可以近似地看成相同的曲線的--這即是直線插補(bǔ)。
聯(lián)動與插補(bǔ)
一個點的空間位置需要三個坐標(biāo)，決定空間位置需要六個坐標(biāo)。
一個運動控制系統(tǒng)可以控制的坐標(biāo)的個數(shù)稱做該運動控制系統(tǒng)的軸數(shù)。而可以同時控制運動的坐標(biāo)的個數(shù)稱做該運動控制系統(tǒng)可聯(lián)動的軸數(shù)。聯(lián)動各軸的運動軌跡具有一定的函數(shù)關(guān)系，例如直線，園弧，拋物線，正弦曲線。直接計算得出運動軌跡的坐標(biāo)值往往要用到乘除法，高次方，無理函數(shù)，超越函數(shù)，會占用很多的cpu時間。為了實時快速控制運動軌跡，往往預(yù)先對運動軌跡進(jìn)行直線和圓弧擬合，擬合后的運動軌跡僅由直線段和圓弧段所組成，而計算運動軌跡時，每一點的運動軌跡跟據(jù)前一個坐標(biāo)點的數(shù)據(jù)通過插補(bǔ)運算得到，這樣就把計算簡化為增量減量移位和加減法。
實現(xiàn)多軸聯(lián)動的直線插補(bǔ)并不困難，圓弧插補(bǔ)一般為兩軸聯(lián)動。插補(bǔ)運算可以有多種算法，例如“dda算法”，“逐點比較法”，“正負(fù)法”，“最小偏差法（bresenham 算法）”等，其中最小偏差法具有最小的偏差和較快的運行速度。
dvp20pm運動控制型plc可實現(xiàn)2軸聯(lián)動，支持直線和圓弧插補(bǔ)，以及相應(yīng)的第三軸處理。
數(shù)控軟件
dvp20dpm支持復(fù)雜的運動軌跡控制，那是如何實現(xiàn)的呢？簡單的說，將復(fù)雜軌跡通過autocad等軟件生成圖形，再經(jīng)過cam軟件轉(zhuǎn)換為g代碼，而pmsoft可以直接導(dǎo)入文本格式的g代碼，這樣就可以完成運動程序下載到20pm中執(zhí)行。那么怎樣完成圖形到g代碼的轉(zhuǎn)換呢，這就需要cam軟件了，以下簡單介紹一些常用的cam軟件。目前cad/cam行業(yè)中普遍使用的是mastercam、cimatron、pro-e、ug、catia.。
mastercam 是最常用的一種軟件，大多數(shù)數(shù)控操作員都使用 mastercam，它集畫圖和編程于一身，繪制線架構(gòu)最快，縮放功能最好。
cimatron 是遲一些進(jìn)入中國的軟件，在刀路軌跡上的功能優(yōu)越于 mastercam，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用。
pro/e 是美國 ptc 開發(fā)的軟件，現(xiàn)已成為全世界最普及的三維 cad/cam系統(tǒng)。集多種功能于一體，用于模具設(shè)計、產(chǎn)品畫圖、廣告設(shè)計、圖像處理、燈飾造型設(shè)計，是最好的畫圖軟件，一般來說用 pro-e 畫圖，用mastercam 或 cimatron 加工。
當(dāng)然還有其他同類軟件也同樣可以使用，通過這些軟件將我們想要加工的軌跡曲線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為plc或數(shù)控系統(tǒng)可以識別執(zhí)行的代碼，從而控制我們的設(shè)備運動。
運動控制特點
dvp20pm特色
多段速執(zhí)行及中斷定位，利用此項功能實現(xiàn)運動的平滑性及準(zhǔn)確定位。64k步程序容量，100段運動程序，滿足不同加工需求；在20pm中最大可設(shè)置100種運動軌跡，同時利用64k的程序容量，預(yù)先將需要執(zhí)行的各種不同運行曲線的g碼存儲在plc中，當(dāng)需要加工某種規(guī)格時，可以采用文本顯示器、觸摸屏等來調(diào)用。支持g碼的直接匯入，當(dāng)采用cam軟件生成文本格式的g碼后，可利用pmsoft的匯入菜單直接匯入到plc運動程序中。脈沖輸入輸出采用差動方式，最高達(dá)500khz，滿足了絕大多數(shù)應(yīng)用中速度的要求。支持手搖輪應(yīng)用，這是運動控制中的一個基本功能，可做一些手動的調(diào)整。具備電子原點返回模式，在20pm內(nèi)存中加入了原點記憶功能，只要設(shè)定了電子原點，即使設(shè)備斷電，在下次上電后也可以輕松找到原點位置。可連結(jié)eh2主機(jī)與所有擴(kuò)充模塊，20pm可以靈活配置，即可以接在eh2主機(jī)后作為專門定位擴(kuò)展模塊，也可以做為主機(jī)連接其他的模擬量等特殊功能模塊。支持plc順序語言及定位語言（g碼與m碼），實現(xiàn)了通用plc與數(shù)控技術(shù)的一個完美結(jié)合。配置運動軌跡的離線仿真功能，在實際加工前利用該項功能可以檢查運動程序是否存在問題，可及時解決減少錯誤發(fā)生，
軸控方式
準(zhǔn)確的說，dvp 20pm是實現(xiàn)兩軸（x、y軸）聯(lián)動插補(bǔ)的產(chǎn)品，支持?jǐn)?shù)控程序中的g碼功能指令，同時可以處理第三軸的動作。
20pm支持的g代碼功能如下：
g0高速定位；
g1雙軸聯(lián)動直線插補(bǔ)；
g2順時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定圓心位置）；
g3逆時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定圓心位置）；
g2順時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定半徑長度）；
g3逆時針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定半徑長度）；
g4停頓時間；
g90設(shè)定絕對坐標(biāo)系統(tǒng)；
g91設(shè)定相對坐標(biāo)系統(tǒng)。
對于第三軸（z軸）處理方式如下：20pm目前只規(guī)劃2軸，當(dāng)g0中指定了z軸時，此g0指令中z軸將被拆解獨立出來。
例： g0xp1yp2zp3 g0zp3
g0xp1yp2
g0zp3執(zhí)行時20pm將自動呼叫p255并以d0傳遞p3，使用者可于p255中處理z軸動作。
案例
液晶切片機(jī)的硬件案例。在該設(shè)備中配置了dvp32eh2+dvp20pm+dvp01pu*4來控制六軸運動，其中兩軸采用圓弧插補(bǔ)完成倒角運動，另外四軸為獨立運動。實現(xiàn)了設(shè)備的點動、原點回歸、半自動及自動運行，達(dá)到精確位置控制。
結(jié)語
dvp20pm00d產(chǎn)品是一款同時具有邏輯控制和位置控制的功能強(qiáng)大的plc，可以靈活、高速、精確的完成平面兩軸運動控制，可以廣泛應(yīng)用于木工機(jī)械、焊接機(jī)械、切割設(shè)備以及半導(dǎo)體加工設(shè)備等等，特別適合有固定加工軌跡的平面兩軸控制場合。我們有理由相信其出色的控制功能具有良好的發(fā)展前景。
