因PLC工作可靠、編程方便，目前中、小型PLC已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化設(shè)備中。但PLC要實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)等復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制，則代價(jià)很高。為此，雷泰公司開發(fā)了SMC6400獨(dú)立式運(yùn)動(dòng)控制器，將運(yùn)動(dòng)控制卡優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)控制功能與PLC穩(wěn)定可靠的工作性能、簡單的編程方式有機(jī)地結(jié)合起來。自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)工程師不需要掌握復(fù)雜的VB、VC軟件，只用簡單的G代碼就可以開發(fā)出動(dòng)作復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

下面以一種6軸全自動(dòng)繞線機(jī)的控制系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹SMC6400獨(dú)立式運(yùn)動(dòng)控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用方法。

1. SMC6400控制器的特點(diǎn)

以32位RISC為核心，可控制4軸步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，完成各種復(fù)雜的單軸、多軸運(yùn)動(dòng)；

各軸最高脈沖輸出頻率可達(dá)8MHz；

多達(dá)28路輸入28路輸出的通用I/O口；

采用ISO國際標(biāo)準(zhǔn)G代碼編程，易學(xué)易用；

G代碼支持2~4軸直線插補(bǔ)、2軸圓弧插補(bǔ)、3軸螺旋插補(bǔ)，多任務(wù)、子程序、條件控制、循環(huán)控制、變量運(yùn)算等功能；

控制器上可存貯16個(gè)程序，程序切換方便；G代碼程序最長可達(dá)5000行。

2. 六軸全自動(dòng)繞線機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

某公司新近開發(fā)的一款特種電機(jī)線圈全自動(dòng)繞線機(jī)的外形如圖1所示。由于在整個(gè)繞線過程中，有大量的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，若選用帶有插補(bǔ)功能的PLC，則成本高昂，且程序開發(fā)比較復(fù)雜。故選用SMC6400運(yùn)動(dòng)控制器來彌補(bǔ)PLC的不足。

該設(shè)備在一個(gè)工作周期內(nèi)，機(jī)器主要完成絞線與繞線兩部分動(dòng)作。為了便于調(diào)試與操作，客戶要求絞線與繞線兩部分動(dòng)作必須分開控制。

繞線部分有四個(gè)軸。X、Y、Z三軸正好在左右、上下及前后三個(gè)方向構(gòu)成一個(gè)空間直角坐標(biāo)系，分別由三個(gè)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿使導(dǎo)針實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)或螺旋插補(bǔ)軌跡。U軸為旋轉(zhuǎn)軸，即繞線軸，繞線時(shí)與排線軸（即前后運(yùn)動(dòng)的Z軸）作直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。

而絞線部分只有兩個(gè)軸，且動(dòng)作比較簡單，故選用一款普通的小型PLC即可。

該設(shè)備的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

各軸專用數(shù)字輸入信號(hào)包括：原點(diǎn)、限位、伺服報(bào)警、位置完成等信號(hào)；各軸專用數(shù)字輸出信號(hào)包括：電機(jī)脈沖及方向信號(hào)，伺服使能、報(bào)警清除等信號(hào)。通用數(shù)字輸入信號(hào)包括：啟動(dòng)、停止、復(fù)位按鈕、急停開關(guān)；氣缸位置傳感器信號(hào)、PLC給出的絞線完成信號(hào)。通用數(shù)字輸出信號(hào)包括：發(fā)給PLC的絞線啟動(dòng)信號(hào)、電磁閥開關(guān)信號(hào)等。

3. G代碼編程

3.1  繪制流程圖、時(shí)序圖

為了使編程思路更加清晰明了，在編寫程序之前，根據(jù)繞線機(jī)工作流程及控制要求，繪制流程圖與時(shí)序圖。

3.2  程序編寫

根據(jù)繞線機(jī)動(dòng)作流程圖與時(shí)序圖進(jìn)行G代碼編程。其中，程序中相關(guān)參數(shù)及各軸坐標(biāo)可先估算設(shè)定，取比較保險(xiǎn)、安全的數(shù)值為好。

下面針對繞線機(jī)控制程序中幾個(gè)重要部分進(jìn)行詳細(xì)分析。

①氣缸動(dòng)作可用M80、M81、M82、M83四條指令進(jìn)行控制。其中M80、M81控制電磁閥通斷；M82、M83讀取位置傳感器信號(hào)的有無。若需要延時(shí)，可用G04指令設(shè)定延遲時(shí)間。

控制下料動(dòng)作的代碼及注釋如下： 

N50 M80 S5     ;指定Output5開(下料氣缸將線圈推出)

N60 M82 S13    ;等待Input13有效(等待下料氣缸到位，即：下料傳感器ON)

N65 G04 P100   ;延時(shí)100毫秒

N70 M81 S5     ;指定Output5關(guān)(下料氣缸返回)

N75 M83 S13    ;等待Input13無效(下料傳感器OFF)

M82、M83指令不斷地檢測指定的輸入信號(hào)的狀態(tài)，直到輸入信號(hào)有效或無效時(shí)，才繼續(xù)執(zhí)行下面的指令。

②電機(jī)運(yùn)動(dòng)可用G00、G01、G02、G03進(jìn)行控制，或可用G26、G28進(jìn)行回零操作。此外，為方便編程與調(diào)試，還可用G90、G91進(jìn)行絕對坐標(biāo)與相對坐標(biāo)間的切換。

纏繞線圈起始腳及尾部腳的代碼及注釋如下：

N230 G00 X62 Y-360 Z79      ;快速定位(導(dǎo)針移至纏腳位)

N240 G91                    ;切換為相對坐標(biāo)

N250 M91 C8                 ;局部循環(huán)8次(纏腳8圈)

N260 G02 X80 Y0 Z0.05 R40   ;順圓螺旋插補(bǔ)(纏上半圈)

N270 G02 X-80 Y0 Z0.05 R40  ;順圓螺旋插補(bǔ)(纏下半圈)

N280 M90                    ;局部循環(huán)結(jié)束

N290 G90                    ;還原為絕對坐標(biāo)

N300 G01 X85 Y-370 Z20 F50  ;三軸以高速50%直線插補(bǔ)(過溝槽第一步)

G00、G01、G02指令中X、Y、Z后面的參數(shù)為各自的終點(diǎn)坐標(biāo)值，R后面的參數(shù)為半徑，單位：毫米；每一條運(yùn)動(dòng)指令后面都可以有速度參數(shù)F，如果省略F，該指令速度和上一條指令的速度相同；但G00的速度是固定的，如果要調(diào)整快速定位的速度，必須在6400控制器的系統(tǒng)參數(shù)中進(jìn)行修改。

循環(huán)多次執(zhí)行相同的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，用相對坐標(biāo)更為方便。循環(huán)指令M91和M90必須成對使用。

③繞線動(dòng)作雖耗時(shí)較多，但并不復(fù)雜，只是Z、U兩軸反復(fù)做直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。為了防止繞線軸的坐標(biāo)值無限累積，并且便于實(shí)時(shí)顯示繞線圈數(shù)，可于每次繞線開始時(shí)用M92指令強(qiáng)制設(shè)置U軸的坐標(biāo)為0。繞線動(dòng)作代碼如下：

N430 M92 U0              ;強(qiáng)制設(shè)置U軸坐標(biāo)為0

N440 M91 C50             ;局部循環(huán)50次(繞線10000圈)

N450 G01 Z40 U1000 F100  ;往Z軸正方向繞線一層(100圈)

N460 G01 Z-40 U1000      ;往Z軸負(fù)方向繞線一層(100圈)

N470 M90                 ;局部循環(huán)結(jié)束

由于SMC6400具有連續(xù)插補(bǔ)功能，故在Z軸兩個(gè)方向來回逐層繞線的動(dòng)作是