因PLC工作可靠、編程方便，目前中、小型PLC已廣泛應用于自動化設備中。但PLC要實現(xiàn)多軸聯(lián)動等復雜的運動控制，則代價很高。為此，雷泰公司開發(fā)了SMC6400獨立式運動控制器，將運動控制卡優(yōu)良的運動控制功能與PLC穩(wěn)定可靠的工作性能、簡單的編程方式有機地結(jié)合起來。自動化設備研發(fā)工程師不需要掌握復雜的VB、VC軟件，只用簡單的G代碼就可以開發(fā)出動作復雜的運動控制系統(tǒng)。
下面以一種6軸全自動繞線機的控制系統(tǒng)為例，詳細介紹SMC6400獨立式運動控制器的特點及應用方法。
1. SMC6400控制器的特點
l 以32位RISC為核心，可控制4軸步進電機、伺服電機，完成各種復雜的單軸、多軸運動；
l 各軸最高脈沖輸出頻率可達8MHz；
l 多達28路輸入28路輸出的通用I/O口；
l 采用ISO國際標準G代碼編程，易學易用；
l G代碼支持2~4軸直線插補、2軸圓弧插補、3軸螺旋插補，多任務、子程序、條件控制、循環(huán)控制、變量運算等功能；
l 控制器上可存貯16個程序，程序切換方便；G代碼程序最長可達5000行。
2. 六軸全自動繞線機控制系統(tǒng)結(jié)構
某公司新近開發(fā)的一款特種電機線圈全自動繞線機的外形如圖1所示。由于在整個繞線過程中，有大量的直線插補、圓弧插補運動，若選用帶有插補功能的PLC，則成本高昂，且程序開發(fā)比較復雜。故選用SMC6400運動控制器來彌補PLC的不足。
該設備在一個工作周期內(nèi)，機器主要完成絞線與繞線兩部分動作。為了便于調(diào)試與操作，客戶要求絞線與繞線兩部分動作必須分開控制。
圖1 六軸全自動繞線機外形
繞線部分有四個軸。X、Y、Z三軸正好在左右、上下及前后三個方向構成一個空間直角坐標系，分別由三個交流伺服電機驅(qū)動滾珠絲桿使導針實現(xiàn)直線插補或螺旋插補軌跡。U軸為旋轉(zhuǎn)軸，即繞線軸，繞線時與排線軸（即前后運動的Z軸）作直線插補運動。
而絞線部分只有兩個軸，且動作比較簡單，故選用一款普通的小型PLC即可。
該設備的控制系統(tǒng)結(jié)構圖如圖2所示。
圖2 六軸全自動繞線機控制系統(tǒng)結(jié)構框圖
圖2中的各軸專用數(shù)字輸入信號包括：原點、限位、伺服報警、位置完成等信號；各軸專用數(shù)字輸出信號包括：電機脈沖及方向信號，伺服使能、報警清除等信號。通用數(shù)字輸入信號包括：啟動、停止、復位按鈕、急停開關；氣缸位置傳感器信號、PLC給出的絞線完成信號。通用數(shù)字輸出信號包括：發(fā)給PLC的絞線啟動信號、電磁閥開關信號等。
3. G代碼編程
3.1 繪制流程圖、時序圖
為了使編程思路更加清晰明了，在編寫程序之前，根據(jù)繞線機工作流程及控制要求，繪制流程圖與時序圖，如圖3、圖4所示。
圖3 繞線機動作流程圖
圖4 繞線機動作時序圖
3.2 程序編寫
根據(jù)繞線機動作流程圖與時序圖進行G代碼編程。其中，程序中相關參數(shù)及各軸坐標可先估算設定，取比較保險、安全的數(shù)值為好。
下面針對繞線機控制程序中幾個重要部分進行詳細分析。
①氣缸動作可用M80、M81、M82、M83四條指令進行控制。其中M80、M81控制電磁閥通斷；M82、M83讀取位置傳感器信號的有無。若需要延時，可用G04指令設定延遲時間。
控制下料動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100毫秒
N70 M81 S5 ;指定Output5關(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的狀態(tài)，直到輸入信號有效或無效時，才繼續(xù)執(zhí)行下面的指令。
②電機運動可用G00、G01、G02、G03進行控制，或可用G26、G28進行回零操作。此外，為方便編程與調(diào)試，還可用G90、G91進行絕對坐標與相對坐標間的切換。
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(導針移至纏腳位)
N240 G91 ;切換為相對坐標
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(纏上半圈)
N270 G02 X-80 Y0 Z0.05 R40 ;順圓螺旋插補(纏下半圈)
N280 M90 ;局部循環(huán)結(jié)束
N290 G90 ;還原為絕對坐標
N300 G01 X85 Y-370 Z20 F50 ;三軸以高速50%直線插補(過溝槽第一步)
G00、G01、G02指令中X、Y、Z后面的參數(shù)為各自的終點坐標值，R后面的參數(shù)為半徑，單位：毫米；每一條運動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)中進行修改。
循環(huán)多次執(zhí)行相同的運動軌跡時，用相對坐標更為方便。循環(huán)指令M91和M90必須成對使用。
③繞線動作雖耗時較多，但并不復雜，只是Z、U兩軸反復做直線插補運動。為了防止繞線軸的坐標值無限累積，并且便于實時顯示繞線圈數(shù)，可于每次繞線開始時用M92指令強制設置U軸的坐標為0。繞線動作代碼如下：
N430 M92 U0 ;強制設置U軸坐標為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)插補功能，故在Z軸兩個方向
