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S7-200SMART 圓形軌跡的算法

閱讀：828 發(fā)布時(shí)間：2022-11-30

（一）電氣設(shè)備

（1）原理圖：Q0.0為X軸脈沖，Q0.2為X軸方向；Q0.1為y軸脈沖，Q0.7為y軸方向

（2）實(shí)物圖：三個(gè)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，三套電機(jī)配合絲桿，定義往電機(jī)方向移動(dòng)為正方向，絲桿的邏輯為4mm，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的細(xì)分設(shè)置為3200個(gè)脈沖一轉(zhuǎn)。如下圖所示：

（二）走圓軌跡算法

西門子S7-200SMART系列PLC不支持圓弧插補(bǔ)功能，所以需要自己根據(jù)算法進(jìn)行計(jì)算后分別驅(qū)動(dòng)X軸和Y軸的移動(dòng)從而來(lái)實(shí)現(xiàn)畫圓功能，要驅(qū)動(dòng)XY軸畫圓，可采用極限逼近法，把畫圓弧變成畫線段，如下圖所示左側(cè)為六等分，角度a=30°，右側(cè)為十二等分，角度a=15°。

從上圖中可以看出，當(dāng)?shù)冗叾噙呅蔚倪呍蕉鄷r(shí)，則多邊形的軌跡就越和圓相近，所以當(dāng)角度a足夠小時(shí)，則得到的多邊形軌跡就越與圓接近。根據(jù)以上分析需要完成畫圓功能，我們需要知道“圓心坐標(biāo)值"、“圓的半徑"、“畫圓的速度"，然后根據(jù)分為三部分來(lái)實(shí)現(xiàn)：

1、畫筆移動(dòng)到圓上

把XY軸分別回原點(diǎn)，回原點(diǎn)后的位置默認(rèn)為XY平面坐標(biāo)的原點(diǎn)，然后由原點(diǎn)移動(dòng)到圓心坐標(biāo)，如下圖所示1#點(diǎn)為圓心，2#點(diǎn)為圓上點(diǎn)。

假設(shè)1#點(diǎn)的坐標(biāo)為（X1，Y1），速度為V，則X軸移動(dòng)的距離為X1，Y軸移動(dòng)的距離為Y1。根據(jù)勾股定理可計(jì)算出原點(diǎn)到圓心的距離“Y(0→1)"、X軸移動(dòng)速度“VXaxis"和Y軸移動(dòng)速度“VYaxis" ，計(jì)算公式如下所示：

當(dāng)畫筆到達(dá)1#點(diǎn)后，然后Y軸不動(dòng)，X軸以V的速度移動(dòng)半徑R的距離到達(dá)圓上2#點(diǎn)位置，假2#點(diǎn)的坐標(biāo)為（X2，Y2）

2、畫筆開始畫圓

畫筆從2#點(diǎn)位置開始移動(dòng)畫圓，假設(shè)下個(gè)圓上的點(diǎn)為3#點(diǎn)，坐標(biāo)為（X3,Y3），從圓心到3#點(diǎn)和從圓心到2#點(diǎn)的角度為a，如下圖所示：

根據(jù)三角函數(shù)可計(jì)算出3#點(diǎn)的坐標(biāo)（X3，Y3）的值分別為：

X3=Cos（a）*R+X1，Y3=Sin（a）*R+Y1

根據(jù)勾股定理可計(jì)算出XY軸要移動(dòng)的距離 “Y(2→3)"的值。X軸移動(dòng)速度“VXaxis"和Y軸移動(dòng)速度“VYaxis" ，計(jì)算公式如下所示：

注：此時(shí)X2和Y2為X軸和Y軸的當(dāng)前位置，X3和Y3為X軸和Y軸要移動(dòng)的目標(biāo)位置,速度需要取絕對(duì)值。

同理：當(dāng)畫筆到達(dá)3#點(diǎn)后，角度變?yōu)?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important; font-family: Calibri;">2a，則對(duì)應(yīng)的圓上點(diǎn)為4#點(diǎn)，坐標(biāo)為（X4，Y4），如下圖所示：

根據(jù)三角函數(shù)可計(jì)算出4#點(diǎn)的坐標(biāo)（X4，Y4）的值分別為：

X4=Cos（2a）*R+X1，Y4=Sin（2a）*R+Y1

根據(jù)勾股定理可計(jì)算出XY軸要移動(dòng)的距離 “Y(3→4)"的值。X軸移動(dòng)速度“VXaxis"和Y軸移動(dòng)速度“VYaxis" ，計(jì)算公式如下所示：

注：此時(shí)X3和Y3為X軸和Y軸的當(dāng)前位置，X4和Y4為X軸和Y軸要移動(dòng)的目標(biāo)位置，速度需要取絕對(duì)值。

依次下去，每走完一次后，角度自加一次，當(dāng)角度值大于360°時(shí)，則認(rèn)為畫圓完成。

（三）PLC程序

根據(jù)分析，對(duì)于S7-200SMART系列PLC的程序設(shè)計(jì)主要分為“運(yùn)動(dòng)向?qū)У慕M態(tài)配置"、“初始與會(huì)原點(diǎn)程序"、“速度計(jì)算程序"、“開始畫圓程序"

（1）初始化和回原點(diǎn)

（2）速度換算程序

（3）畫圓程序

子程序結(jié)構(gòu)

程序運(yùn)行

【延伸閱讀】S7-200 SMART 運(yùn)動(dòng)控制指令詳解

S7-200 smart 運(yùn)動(dòng)控制指令由編程軟件向?qū)?，運(yùn)動(dòng)控制指令有很多條構(gòu)成，且每條指令都帶有很多接口參數(shù)，想要使用這些指令，要先知道接口是什么意思，雖然幫助文章都有解釋，但讀懂幫助文件也很費(fèi)勁，今天就詳細(xì)給大家介紹運(yùn)動(dòng)指令的使用。

S7-200 SMRAT 運(yùn)動(dòng)控制指令如下圖生成：

1、選擇"運(yùn)動(dòng)"右鍵打開。

2、本次就以"軸0"為例。

3、命個(gè)名字。

4、數(shù)字1位選擇工程單位，可以使工程單位，也可以使用脈沖。

數(shù)字2是電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈的脈沖量，我目前步進(jìn)撥碼設(shè)定是10000個(gè)脈沖旋轉(zhuǎn)一周

數(shù)字3是單位，根據(jù)自己需要設(shè)定

數(shù)字4是電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈的工程量，我設(shè)定的是360度，也就是說(shuō)10000個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)360度。

5、方向控制，我是用的脈沖加方向，所以選擇單項(xiàng)2軸。

6、正負(fù)極限根據(jù)需要設(shè)定，我這個(gè)沒(méi)有正負(fù)極限就沒(méi)有選擇。

7、零電位使用，走絕對(duì)位置和相對(duì)位置之前一定要定義好原點(diǎn)，否則絕對(duì)位置和相對(duì)位置不運(yùn)行。

8、0脈沖位置，也可以使用此點(diǎn)定義0點(diǎn)。

9、停止根據(jù)需要選擇，通過(guò)閱讀STP就能理解什么意思。

10、停止根據(jù)需要選擇，通過(guò)閱讀TRIG就能理解什么意思。

11、禁用根據(jù)需要選擇，通過(guò)閱讀DIS就能理解什么意思。

12、最大速度和最小速度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定，我設(shè)定最大速度為360度/秒。

13、JOG命令也就是手動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)需要設(shè)定速度，建議設(shè)定小一些，看看運(yùn)行速度再調(diào)整。

14、此處設(shè)定加減速時(shí)間，也就是脈沖輸出的加減速時(shí)間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定。

15、急停補(bǔ)償。

16、反沖補(bǔ)償，也就是校準(zhǔn)絲杠間隙。

17、參考點(diǎn)設(shè)定

18、找零點(diǎn)時(shí)速度和方向設(shè)定。

19、偏移量設(shè)定

20、搜索參考點(diǎn)方式選擇

21、從驅(qū)動(dòng)器中讀取絕對(duì)位置

22、曲線設(shè)定，我這里沒(méi)用曲線，沒(méi)有生成曲線。

23、點(diǎn)"建議"自動(dòng)分配地址。

24、組件

25、映射顯示

26、完成，點(diǎn)擊生成就完成了。

1．啟用并初始化軸

AXISx_CTRL子程序（控制）啟用和初始化運(yùn)動(dòng)軸，方法是自動(dòng)命令運(yùn)動(dòng)軸每CPU更改為RUN模式時(shí)加載組態(tài)/曲線表。在項(xiàng)目中只對(duì)每條運(yùn)動(dòng)軸使用此子程序一次，并確保程序會(huì)在每次掃描時(shí)調(diào)用此子程序。使用SM0.0（始終開啟）作為EN參數(shù)的輸入。

管腳含義：

MODE：?jiǎn)⒂媚K。1=可發(fā)送命令；0=中止進(jìn)行中的任何命令

Done：完成標(biāo)志位

Error：錯(cuò)誤代碼（字節(jié)）

C_Pos：軸的當(dāng)前位置（絕對(duì)定位或者相對(duì)定位），工程單位：Real型數(shù)據(jù)；相對(duì)脈沖：DINT型數(shù)據(jù)

C_Speed：軸的當(dāng)前速度，Real型數(shù)據(jù)

C_Dir：軸的當(dāng)前方向（1=反向，0=正向）

2.手動(dòng)控制軸

AXISx_MAN子例程（手動(dòng)模式）將運(yùn)動(dòng)軸置為手動(dòng)模式。這允許電機(jī)按不同的速度運(yùn)行，或沿正向或負(fù)向慢進(jìn)。在同一時(shí)間僅能啟用RUN、JOG_P或JOG_N輸入之一。

管腳含義：

RUN：1=軸手動(dòng)運(yùn)行（速度和方向分別由Speed和Dir管腳控制）0=停止手動(dòng)控制

JOG_P：1=正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制

JOG_N：1=反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制

Speed：RUN運(yùn)行時(shí)的目標(biāo)速度，Real型數(shù)據(jù)

Dir：RUN運(yùn)行時(shí)的方向

Error：錯(cuò)誤代碼（字節(jié)）

C_Pos：軸當(dāng)前位置（絕對(duì)定位或者相對(duì)定位），工程單位：Real型數(shù)據(jù)；相對(duì)脈沖：DINT型數(shù)據(jù)

C_Speed：軸當(dāng)前速度，Real型數(shù)據(jù)

C_Dir：軸的當(dāng)前方向（1=反向，0=正向）

3、查找參考點(diǎn)

走絕對(duì)位置和相對(duì)位置前需要找到真實(shí)的零點(diǎn)，絕對(duì)位置和相對(duì)位置才能根據(jù)零點(diǎn)運(yùn)行。

AXISx_RSEEK子程序（搜索參考點(diǎn)位置）使用組態(tài)/曲線表中的搜索方法啟動(dòng)參考點(diǎn)搜索操作。運(yùn)動(dòng)軸找到參考點(diǎn)且運(yùn)動(dòng)停止后，運(yùn)動(dòng)軸將RP_OFFSET參數(shù)值載入當(dāng)前位置。