在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，高精度運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升和產(chǎn)品質(zhì)量保障的關(guān)鍵。以五軸聯(lián)動(dòng)加工中心為例，設(shè)備需要同時(shí)控制多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸按照復(fù)雜曲線路徑精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，這對(duì)于傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)移動(dòng)模式來說，難以滿足高精度和高效率的要求。特別是在加工圓弧型工件時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)平滑的曲線插補(bǔ)、多軸同步運(yùn)動(dòng)以及高效的過渡控制，成為工控工程師面臨的常見難題。

　　本篇文章以雷賽全自主開發(fā)PLC編程軟件平臺(tái)LeadStudio為例，詳細(xì)介紹了軸組插補(bǔ)功能的實(shí)際應(yīng)用，通過直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能，幫助開發(fā)者輕松實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制，解決復(fù)雜曲線路徑下的高精度運(yùn)動(dòng)要求。

　　01、軸組插補(bǔ)功能介紹

　　LeadStudio支持直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，插補(bǔ)功能以軸組方式實(shí)現(xiàn)。

　　1)每個(gè)軸組最多可控制4個(gè)運(yùn)動(dòng)控制軸，包括X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸和一個(gè)輔助軸;

　　2)支持最多8個(gè)軸組，每一個(gè)軸組可以設(shè)置為2軸(XY軸)，3軸(XYZ)和4軸(XYZ和輔助軸);

　　3)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)支持緩沖模式，每一個(gè)軸組最多可以緩沖8條曲線，曲線之間的過渡模式可以單獨(dú)設(shè)置;

　　4)直線插補(bǔ)時(shí)，代表x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)控制軸沿坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，輔助軸從起點(diǎn)位置沿直線運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)位置;

　　5)圓弧插補(bǔ)時(shí)，可以選擇xy軸平面、yz軸平面、xz軸平面中的一個(gè)平面做圓弧插補(bǔ)，此時(shí)如果軸組中還配置了其他軸，則其他的軸從起點(diǎn)位置沿直線運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)位置。

　　以下是PLC軸組(插補(bǔ))的應(yīng)用示例。

　　02、軸組指令介紹

　　功能塊MC_MoveLinear：直線插補(bǔ)指令

　　本功能塊用于控制軸組執(zhí)行直線插補(bǔ)功能，上升沿有效。

　　功能塊MC_MoveLinear如下圖所示：

　　注意：

　　1)只有調(diào)用MC_Power指令將軸組中所有軸切換到StandStill狀態(tài)才可以觸發(fā)本指令。在單軸運(yùn)動(dòng)期間(例如正在做點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、回原、停止等)觸發(fā)本指令無效;

　　2)觸發(fā)本指令后單軸的PLCOpen狀態(tài)機(jī)處于同步運(yùn)動(dòng)模式，運(yùn)動(dòng)期間不可以用單軸運(yùn)動(dòng)類指令打斷，插補(bǔ)曲線完成后單軸的PLCOpen狀態(tài)機(jī)進(jìn)入StandStill狀態(tài)，此時(shí)可以執(zhí)行單軸的運(yùn)動(dòng)類指令;

　　3)Position用于設(shè)定目標(biāo)位置或移位，Position[0]表示x軸的位置位移分量，Position[1]表示y軸的位置位移分量，Position[2]表示z軸的位置位移分量，Position[3]表示輔助軸的位置位移分量。Velocity表示插補(bǔ)器的目標(biāo)速率，其中坐標(biāo)軸的目標(biāo)速度按照公式(1)、(2)、(3)分解;

　　4)輔助軸的插補(bǔ)速度分兩種情況：

　?、佼?dāng)坐標(biāo)軸上的點(diǎn)不動(dòng)而單獨(dú)移動(dòng)輔助軸時(shí)，輔助軸按照Velocity設(shè)定的目標(biāo)速度運(yùn)動(dòng);

　?、诋?dāng)坐標(biāo)軸上的點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，輔助軸將和坐標(biāo)軸上的點(diǎn)同時(shí)到達(dá)目標(biāo)位置;假設(shè)插補(bǔ)直線的長度為L1，輔助軸的目標(biāo)位移為L2，某一個(gè)時(shí)刻插補(bǔ)直線的速率為V0，則輔助軸的速度Va計(jì)算方式如下：

　　Va=V0*L2/L1

　　5)移動(dòng)方法MoveMode選擇：

　　MoveMode=0表示絕對(duì)定位模式，觸發(fā)本指令后三個(gè)坐標(biāo)軸軸組最終運(yùn)動(dòng)到(Position[0],Position[1],Position[2])指定的位置，輔助軸運(yùn)動(dòng)到Position[3]指定的位置;

　　MoveMode=1表示相對(duì)定位模式，設(shè)軸組的三個(gè)坐標(biāo)軸的位置為(Px,Py,Pz)，輔助軸當(dāng)前位置為Pa，觸發(fā)本指令后三個(gè)坐標(biāo)軸最終運(yùn)動(dòng)到(Px+Position[0],Py+Position[1],Pz+Position[2])，輔助軸最終位置為Pa+Position[3]。

　　6)緩沖模式BufferMode

　　當(dāng)選擇1、2、3、4、5、10這六種緩沖模式時(shí)，插補(bǔ)指令最多允許緩沖8條曲線。當(dāng)指令進(jìn)入緩沖狀態(tài)時(shí)，Busy信號(hào)有效，當(dāng)本條指令開始執(zhí)行時(shí)，Active輸出有效，當(dāng)指令執(zhí)行完成時(shí)，Done信號(hào)輸出有效;當(dāng)新加入的插補(bǔ)指令選擇0(打斷+無過渡)模式時(shí)，本條指令將打斷正在執(zhí)行的和處于緩沖的所有插補(bǔ)指令，被打斷的插補(bǔ)指令CommandAborted輸出有效。

　　緩沖方式是指同時(shí)啟動(dòng)多條插補(bǔ)指令時(shí)指令執(zhí)行的流程，過渡方式是指多段曲線相互切換時(shí)的方式。

　　功能塊MC_MoveCircular：圓弧插補(bǔ)指令

　　本功能塊用于控制軸組執(zhí)行圓弧插補(bǔ)功能，上升沿有效。

　　功能塊MC_MoveCircular如下圖所示：

　　注意：

　　1)只有調(diào)用MC_Power指令將軸組中所有軸切換到StandStill狀態(tài)才可以觸發(fā)本指令。在單軸運(yùn)動(dòng)期間(例如正在做點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、回原、停止等)觸發(fā)本指令無效;2)觸發(fā)本指令后單軸的PLCOpen狀態(tài)機(jī)處于同步運(yùn)動(dòng)模式，運(yùn)動(dòng)期間不可以用單軸運(yùn)動(dòng)類指令打斷，插補(bǔ)曲線完成后單軸的PLCOpen狀態(tài)機(jī)進(jìn)入StandStill狀態(tài)，此時(shí)可以執(zhí)行單軸的運(yùn)動(dòng)類指令;3)圓弧軸的指定

　　CircAxes指定坐標(biāo)軸平面，意義如下：CircAxes=0代表選擇x-y坐標(biāo)軸平面，AxisID_x和AxisID_y指定的運(yùn)動(dòng)軸執(zhí)行圓弧插補(bǔ)，AxisID_z和AxisID_a指定的軸為輔助軸，執(zhí)行跟隨運(yùn)動(dòng)，從起點(diǎn)位置沿直線運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)位置;

　　4)插補(bǔ)模式選擇

　?、貱ircMode=0代表根據(jù)通過點(diǎn)進(jìn)行圓弧插補(bǔ)：

　　以x-y平面為例，x軸的起始位置為Px，y軸的起始位置為Py，觸發(fā)指令后將執(zhí)行以(Px,Py)為起點(diǎn)，以(EndPoint[0],EndPoint[1])為終點(diǎn)并通過點(diǎn)(AuxPoint[0],(AuxPoint[1])的圓弧插補(bǔ);

　　當(dāng)起點(diǎn)和終點(diǎn)為同一點(diǎn)時(shí)，以起點(diǎn)(Px,Py)和通過點(diǎn)(AuxPoint[0],(AuxPoint[1])為直徑繪制正圓。這種情況下，通過PathChoice(路徑選擇)指定圓弧的旋轉(zhuǎn)方向;

　　當(dāng)起點(diǎn)、通過點(diǎn)與終點(diǎn)在同一條直線上時(shí)不能構(gòu)成圓，指令報(bào)錯(cuò)，停止插補(bǔ)指令的執(zhí)行;

　　當(dāng)通過點(diǎn)與終點(diǎn)為同一點(diǎn)或者起點(diǎn)和通過點(diǎn)位置為同一點(diǎn)時(shí)，指令報(bào)錯(cuò)，停止插補(bǔ)指令的執(zhí)行;

　?、贑ircMode=1代表根據(jù)中心點(diǎn)進(jìn)行圓弧插補(bǔ)：

　　以x軸和z軸為例，x軸的起始位置為Px，z軸的起始位置為Pz，觸發(fā)指令后將執(zhí)行以(Px,Pz)為起點(diǎn)，以(AuxPoint[0],(AuxPoint[2])為圓心，以(EndPoint[0],EndPoint[2])為終點(diǎn)的圓弧插補(bǔ)，圓弧的繪制旋轉(zhuǎn)方向由PathChoice決定;

　?、跜ircMode=2代表根據(jù)指定半徑進(jìn)行圓弧插補(bǔ)：

　　不管選擇哪個(gè)平面，圓弧的半徑大小始終由|AuxPoint[0]|決定;

　　以y軸和z軸為例，y軸的起始位置為Py，z軸的起始位置為Pz，y軸和z軸執(zhí)行以(Py,Pz)為起點(diǎn)，以|AuxPoint[0]|為半徑，以(EndPoint[1],EndPoint[2])為終點(diǎn)的圓弧插補(bǔ);

　　半徑符號(hào)為負(fù)時(shí)，繪制出較長的圓弧;半徑符號(hào)為正時(shí)，繪制出較短的圓弧;圓弧的旋轉(zhuǎn)方向通過PathChoice(路徑選擇)指定;

　　5)移動(dòng)方法選擇

　　①M(fèi)oveMode=0表示絕對(duì)定位模式：

　　當(dāng)選擇通過點(diǎn)時(shí)，輔助點(diǎn)和終點(diǎn)代表坐標(biāo)系中的絕對(duì)點(diǎn);

　　當(dāng)選擇中心點(diǎn)時(shí)，中心點(diǎn)和終點(diǎn)代表坐標(biāo)系中的絕對(duì)點(diǎn);

　　當(dāng)選擇半徑時(shí)，終點(diǎn)代表坐標(biāo)系中的絕對(duì)點(diǎn);

　?、贛oveMode=1表示相對(duì)定位模式：

　　當(dāng)選擇通過點(diǎn)時(shí)，輔助點(diǎn)和終點(diǎn)代表相對(duì)于起始點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn);

　　當(dāng)選擇中心點(diǎn)時(shí)，中心點(diǎn)和終點(diǎn)代表相對(duì)于起始點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn);

　　當(dāng)選擇半徑時(shí)，終點(diǎn)代表相對(duì)于起始點(diǎn)的相對(duì)點(diǎn);

　　6)緩沖模式BufferMode

　　參考直線插補(bǔ)指令緩沖模式;

　　功能塊MC_GroupStop：軸組停止運(yùn)動(dòng)指令

　　本功能塊用于軸組實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)停止功能，上升沿有效。

　　功能塊MC_GroupStop如下圖所示：

　　注意：

　　1)MC_GroupStop指令僅能暫停插補(bǔ)類指令(如MC_MoveLinear)，不能停止單軸運(yùn)動(dòng)類指令(如MC_MoveAbsolute);2)狀態(tài)轉(zhuǎn)換

　　在Execute的上升沿，插補(bǔ)器根據(jù)StopMode設(shè)置的停機(jī)方式執(zhí)行停機(jī)，并打斷所有處于緩沖狀態(tài)的插補(bǔ)指令，停機(jī)完成后Done信號(hào)輸出有效，單軸的PLCOpen狀態(tài)機(jī)仍處于SynchronizedMotion狀態(tài)。在Execute=ON期間，插補(bǔ)器一直處于停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)觸發(fā)新的插補(bǔ)指令無效。在Execute的下降沿，插補(bǔ)器將切換到非停止?fàn)顟B(tài)，單軸進(jìn)入StandStill狀態(tài)，此時(shí)可以觸發(fā)新的插補(bǔ)指令;

　　3)停止模式

　　StopMode設(shè)置為0時(shí)，將按照Deceleration設(shè)定的減速度減速停機(jī);StopMode設(shè)置為1時(shí)，將立即停機(jī)，無減速過程;

　　功能塊MC_GroupPause：軸組暫停運(yùn)動(dòng)指令

　　本功能塊用于軸組實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)暫停功能，上升沿有效。

　　功能塊MC_GroupPause如下圖所示：

　　注意：

　　1)MC_GroupPause指令僅能暫停插補(bǔ)類指令(如MC_MoveLinear)，不能停止單軸運(yùn)動(dòng)類指令(如MC_MoveAbsolute);2)狀態(tài)轉(zhuǎn)換

　?、佼?dāng)軸組內(nèi)的軸都處于StandStill狀態(tài)時(shí)：

　　將Enable設(shè)置為ON，此時(shí)軸組內(nèi)的軸仍處于StandStill狀態(tài)，如果此時(shí)觸發(fā)直線插補(bǔ)指令或者圓弧插補(bǔ)指令，軸組內(nèi)的軸將切換到SynchronizedMotion狀態(tài)，但是處于暫停狀態(tài)，不執(zhí)行插補(bǔ)算法。只有MC_GroupPause指令的Enable信號(hào)設(shè)置為OFF時(shí)才開始執(zhí)行插補(bǔ)算法。

　?、诋?dāng)軸組內(nèi)的軸都處于SynchronizedMotion狀態(tài)時(shí)：

　　在Enable的上升沿，插補(bǔ)器根據(jù)Deceleration設(shè)置的減速度執(zhí)行減速過程，減速完成后Done信號(hào)輸出有效，單軸的PLCOpen狀態(tài)機(jī)仍處于SynchronizedMotion狀態(tài)，暫停期間正在執(zhí)行的插補(bǔ)指令的Busy信號(hào)和Active信號(hào)保持輸出有效;在Enable=ON期間，插補(bǔ)器一直處于暫停狀態(tài)，此時(shí)觸發(fā)新的插補(bǔ)指令新的插補(bǔ)指令處于緩沖狀態(tài);在Enable的下降沿，插補(bǔ)器重新開始執(zhí)行之前被暫停的插補(bǔ)指令;

　　03、操作步驟

　　PC的IP地址，192.168.1.132(與PLC同一網(wǎng)段即可);

　　SC2-C的IP地址，192.168.1.3;

　　操作步驟如圖所示：

　　(1)新建工程

　　打開LeadStudio軟件，新建工程“例_SC2C_AxisGroup”，如下圖所示：

　　(2)軸組設(shè)置1)脈沖軸創(chuàng)建及參數(shù)配置請(qǐng)參考“本地脈沖軸_例程”，此處不再贅述;2)右鍵單擊左側(cè)設(shè)備樹的【運(yùn)動(dòng)控制軸組配置】，選擇【添加軸組】，新建軸組【MC_Group0】，雙擊打開軸組【MC_Group0】，設(shè)置軸組軸構(gòu)成，及相關(guān)參數(shù)，如下圖所示：

　　注意：

　　最大速度：直線插補(bǔ)模式表示空間直線的插補(bǔ)最大速度;圓弧插補(bǔ)表示圓弧的最大線速度;

　　最大加速度：直線插補(bǔ)模式表示空間直線的插補(bǔ)最大加速度;圓弧插補(bǔ)表示圓弧的最大線加速度;

　　停止方式：指在軸組發(fā)生故障時(shí)的停止方式。

　　(3)軸組(插補(bǔ))程序編寫

　　1)變量定義如下圖所示;

　　2)編寫程序如下圖所示：

　　(4)軸組(插補(bǔ))功能測(cè)試

　　1)打開LeadStudio軟件，打開工程“例_SC2C_AxisGroup”，編譯無誤后，將工程下載到SC2-C中，點(diǎn)擊運(yùn)行，如下圖所示：

　　2)雙擊左側(cè)設(shè)備樹的“Trace0”，選擇“跟蹤配置”，添加變量如下圖所示，右鍵空白處，選擇“下載跟蹤”;

　　3)雙擊打開軸組演示程序【AxisGroup_Demo】，將“iState”值置為1，開始執(zhí)行“軸組演示程序”，觸發(fā)一段直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，緩沖一段圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，如下圖所示：

　　4)等待程序執(zhí)行完成，監(jiān)控顯示“iState”值為5，表明直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)完成，如下圖所示：

　　5)雙擊左側(cè)設(shè)備樹的“Trace0”，可以看到軸組中兩軸在直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)過程中的位置、速度變化曲線，如下圖所示：