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4 運動控制編程
4.1 相關概念
在談到DVP20PM產品的應用之前，我們對以下概念進行一個簡要介紹。
（1）插補。插補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。
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與相應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量（一個進給脈沖驅動下工作臺所走過的距離）。
（2）直線插補。這個概念一般是用在計算機圖形顯示,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。
插補方式有:直線插補,圓弧插補,拋物線插補,樣條線插補等等。
所謂直線插補就是只能用于實際輪廓是直線的插補方式(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了).首先假設在實際輪廓起始點處沿x方向走一小段(一個脈沖當量),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),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。
（3）聯(lián)動與插補。一個點的空間位置需要三個坐標，決定空間位置需要六個坐標。
一個運動控制系統(tǒng)可以控制的坐標的個數(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，往往預先對運動軌跡進行直線和圓弧擬合，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)前一個坐標點的數(shù)據(jù)通過插補運算得到，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)動的直線插補并不困難，圓弧插補一般為兩軸聯(lián)動。插補運算可以有多種算法，例如 "DDA 算法"，"逐點比較法"，"正負法"，"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，以及相應的第三軸處理。
（4）數(shù)控軟件。DVP20DPM支持復雜的運動軌跡控制，那是如何實現(xiàn)的呢？簡單的說，將復雜軌跡通過AUTOCAD等軟件生成圖形，再經過CAM軟件轉換為G代碼，而PMSOFT可以直接導入文本格式的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，繪制線架構最快，縮放功能最好。
• CIMATRON 是遲一些進入中國的軟件，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，用于模具設計、產品畫圖、廣告設計、圖像處理、燈飾造型設計，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，從而控制我們的設備運動。
4.2 運動控制特點
（1）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中最大可設置100種運動軌跡，同時利用64K的程序容量，預先將需要執(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、觸摸屏等來調用。支持G碼的直接匯入，當采用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500KHz，滿足了絕大多數(shù)應用中速度的要求。支持手搖輪應用，這是運動控制中的一個基本功能，可做一些手動的調整。具備電子原點返回模式，在20PM內存中加入了原點記憶功能，只要設定了電子原點，即使設備斷電，在下次上電后也可以輕松找到原點位置�？蛇B結EH2主機與所有擴充模塊，20PM可以靈活配置，即可以接在EH2主機后作為專門定位擴展模塊，也可以做為主機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)控技術的一個完美結合。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，參見圖6。
圖6離線仿真器
（2）軸控方式。準確的說，DVP 20PM是實現(xiàn)兩軸（X、Y軸）聯(lián)動插補的產品，支持數(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；G2 順時針圓弧插補（設定圓心位置）；G3 逆時針圓弧插補（設定圓心位置）；G2 順時針圓弧插補（設定半徑長度）；G3 逆時針圓弧插補（設定半徑長度）；G4 停頓時間；G90 設定絕對坐標系統(tǒng)；G91 設定相對坐標系統(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。
4.3 一個案例
液晶切片機的硬件案例。在該設備中配置了DVP32EH2+DVP20PM+DVP01PU*4來控制六軸運動，其中兩軸采用圓弧插補完成倒角運動，另外四軸為獨立運動。實現(xiàn)了設備的點動、原點回歸、半自動及自動運行，達到精確位置控制。
5 結束語
DVP20PM00D產品是一款同時具有邏輯控制和位置控制的功能強大的PLC，可以靈活、高速、精確的完成平面兩軸運動控制，可以廣泛應用于木工機械、焊接機械、切割設備以及半導體加工設備等等，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。
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