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4 運(yùn)動(dòng)控制編程
4.1 相關(guān)概念
在談到DVP20PM產(chǎn)品的應(yīng)用之前，我們對(duì)以下概念進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要介紹。
（1）插補(bǔ)。插補(bǔ)是在組成軌跡的直線段或曲線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，按一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作，以確定一些中間點(diǎn)。從而為軌跡控制的每一步提供逼近目標(biāo)。
逐點(diǎn)比較法是以四個(gè)象限區(qū)域判別為特征，每走一步都要將加工點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)與相應(yīng)給定的圖形上的點(diǎn)相比較，判別一下偏差，然后決定下一步的走向。如果加工點(diǎn)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(diǎn)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(gè)接近給定圖形的軌跡，其最大偏差不超過一個(gè)脈沖當(dāng)量（一個(gè)進(jìn)給脈沖驅(qū)動(dòng)下工作臺(tái)所走過的距離）。
（2）直線插補(bǔ)。這個(gè)概念一般是用在計(jì)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)際輪廓起始點(diǎn)處沿x方向走一小段(一個(gè)脈沖當(dāng)量),發(fā)現(xiàn)終點(diǎn)在實(shí)際輪廓的下方,則下一條線段沿y方向走一小段,此時(shí)如果線段終點(diǎn)還在實(shí)際輪廓下方,則繼續(xù)沿y方向走一小段,直到在實(shí)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(diǎn)為止.這樣,實(shí)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(shí)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)。
（3）聯(lián)動(dòng)與插補(bǔ)。一個(gè)點(diǎn)的空間位置需要三個(gè)坐標(biāo)，決定空間位置需要六個(gè)坐標(biāo)。
一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以控制的坐標(biāo)的個(gè)數(shù)稱做該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的軸數(shù)。而可以同時(shí)控制運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)的個(gè)數(shù)稱做該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可聯(lián)動(dòng)的軸數(shù)。聯(lián)動(dòng)各軸的運(yùn)動(dòng)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(jì)算得出運(yùn)動(dòng)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(huì)占用很多的CPU時(shí)間。為了實(shí)時(shí)快速控制運(yùn)動(dòng)軌跡，往往預(yù)先對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行直線和圓弧擬合，擬合后的運(yùn)動(dòng)軌跡僅由直線段和圓弧段所組成，而計(jì)算運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，每一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡跟據(jù)前一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過插補(bǔ)運(yùn)算得到，這樣就把計(jì)算簡(jiǎn)化為增量減量移位和加減法。
實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)的直線插補(bǔ)并不困難，圓弧插補(bǔ)一般為兩軸聯(lián)動(dòng)。插補(bǔ)運(yùn)算可以有多種算法，例如 "DDA 算法"，"逐點(diǎn)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(yùn)行速度。
DVP20PM運(yùn)動(dòng)控制型PLC可實(shí)現(xiàn)2軸聯(lián)動(dòng)，支持直線和圓弧插補(bǔ)，以及相應(yīng)的第三軸處理。
（4）數(shù)控軟件。DVP20DPM支持復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡控制，那是如何實(shí)現(xiàn)的呢？簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)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(jiǎn)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(guó)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(guó) 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(jì)、產(chǎn)品畫圖、廣告設(shè)計(jì)、圖像處理、燈飾造型設(shè)計(jì)，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(shí)別執(zhí)行的代碼，從而控制我們的設(shè)備運(yùn)動(dòng)。
4.2 運(yùn)動(dòng)控制特點(diǎn)
（1）DVP20PM特色。多段速執(zhí)行及中斷定位，利用此項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的平滑性及準(zhǔn)確定位。64K步程序容量,100段運(yùn)動(dòng)程序，滿足不同加工需求；在20PM中最大可設(shè)置100種運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)利用64K的程序容量，預(yù)先將需要執(zhí)行的各種不同運(yùn)行曲線的G碼存儲(chǔ)在PLC中，當(dāng)需要加工某種規(guī)格時(shí)，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(yùn)動(dòng)程序中。脈沖輸入輸出采用差動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制中的一個(gè)基本功能，可做一些手動(dòng)的調(diào)整。具備電子原點(diǎn)返回模式，在20PM內(nèi)存中加入了原點(diǎn)記憶功能，只要設(shè)定了電子原點(diǎn)，即使設(shè)備斷電，在下次上電后也可以輕松找到原點(diǎn)位置�？蛇B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(shí)現(xiàn)了通用PLC與數(shù)控技術(shù)的一個(gè)完美結(jié)合。配置運(yùn)動(dòng)軌跡的離線仿真功能，在實(shí)際加工前利用該項(xiàng)功能可以檢查運(yùn)動(dòng)程序是否存在問題，可及時(shí)解決減少錯(cuò)誤發(fā)生，參見圖6。
圖6離線仿真器
（2）軸控方式。準(zhǔn)確的說，DVP 20PM是實(shí)現(xiàn)兩軸（X、Y軸）聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)的產(chǎn)品，支持?jǐn)?shù)控程序中的G碼功能指令，同時(shí)可以處理第三軸的動(dòng)作。
20PM支持的G 代碼功能如下：G0 高速定位；G1 雙軸聯(lián)動(dòng)直線 插補(bǔ)；G2 順時(shí)針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定圓心位置）；G3 逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定圓心位置）；G2 順時(shí)針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定半徑長(zhǎng)度）；G3 逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)（設(shè)定半徑長(zhǎng)度）；G4 停頓時(shí)間；G90 設(shè)定絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)；G91 設(shè)定相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)。 對(duì)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(shí)，此G0指令中Z軸將被拆解獨(dú)立出來。
例: G0XP1YP2ZP3 G0ZP3
G0XP1YP2
G0ZP3執(zhí)行時(shí)20PM將自動(dòng)呼叫P255并以D0傳遞P3，使用者可于P255中處理Z軸動(dòng)作。
4.3 一個(gè)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(yùn)動(dòng)，其中兩軸采用圓弧插補(bǔ)完成倒角運(yùn)動(dòng)，另外四軸為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的點(diǎn)動(dòng)、原點(diǎn)回歸、半自動(dòng)及自動(dòng)運(yùn)行，達(dá)到精確位置控制。
5 結(jié)束語
DVP20PM00D產(chǎn)品是一款同時(shí)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(yùn)動(dòng)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(chǎng)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。
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