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连续插补小线段前瞻功能在PLC上的应用

导语：当设备机构需要高精度、高速加工复杂曲面工件时，通常将该加工轨迹分散成一系列位置点并传递给。传统的轨迹规划方法需要在每个分散点上频繁启停以完成任务。这种方法不仅降低了精度，而且会对设备结构和电机造成一定的损坏。

01、功能介绍

当设备机构需要高精度、高速加工复杂曲面工件时，通常将该加工轨迹分散成一系列位置点并传递给。传统的轨迹规划方法需要在每个分散点上频繁启停以完成任务。这种方法不仅降低了精度，而且会对设备结构和电机造成一定的损坏。为了提高加工精度，减少对设备机械结构的损伤，雷赛智能运用23年运动控制行业寸积铢累的经验，开发出了支持路径平滑和轨迹规划的小线段前瞻功能，该功能支持直线插补、圆弧插补、螺旋线插补、IO 控制等。

功能特点

1)实现了线段与曲线混合的连续路径，增强运动的平稳性。

2)支持8轴圆弧(3轴空间、5轴跟随)、直线插补，每段轨迹轮廓误差、轨迹段衔接速度可单独设置。

3)插补过程中支持等间距控制IO操作(时间或距离方式)。

4)每个坐标系的插补缓冲区最多可缓存5000段指令(IO/位置/延时)，可在插补运动中写入新位置和速度指令(FIFO方式)。

5)支持前瞻和非前瞻混合插补。

02、使用场景

小线段前瞻技术在数控加工、涂胶和激光雕刻等复杂轨迹的加工场景中应用较为广泛，其高效性和平稳性，直接影响了能不能加工及加工质量高低等问题。随着社会的发展，更高精度和更多复杂形状工件的加工需求将会越来越多，因此，雷赛智能推出小线段速度前瞻插补算法库，满足雷赛LC、MC、SC系列运动控制PLC在这种高精高速加工场景的应用需求。

03、使用示例

某涂胶设备工艺需3轴连续直线插补，支持每段插补位置可设起跳速度、结束速度，根据每段插补位置控制电平信号输出(控制开关胶)，要求1.6s内完成一个图形的涂胶，中间胶段均匀(无波浪形)，拐角处不堆胶，精度在±0.75mm以内。

指令介绍

库名称：MCLA_CONTI_INPOL_ver46.compiled-library

插补指令表如下表所示：

实现逻辑

可以先不关闭缓冲区，压入list就可以直接启动，动态压入。

一般建议通过以下顺序来调节command_set_config_paras功能块参数(前瞻插补允许拐角轨迹误差TrojecityError、前瞻允许最大拐弯加速度MaxAcc)、command_set_speed_paras功能块参数(加速时间Acc_Time和减速时间Dec_Time)，从而达到提高加工效率的目的：

1、按照加工工艺和精度要求，设置合理的前瞻插补允许拐角轨迹误差TrojecityError，根据工艺需求设定好拐角轨迹误差值后，再执行后续调节步骤。

2、接着进行前瞻允许最大拐弯加速度MaxAcc设置，一般遵循从小到大调节的原则(如从1000开始，每次按2倍或10倍递增)，然后按照事先设定好的加减速时间(Acc_Time和Dec_Time)在设备上调试程序。此时注意观察不同最大拐弯加速度设置时，设备运行的震动情况(特别是在尖锐角拐弯处)。当大拐弯加速度MaxAcc增大到某值时设备震动较明显，表示设备能承受的加速度值已达到极限值，可适当把加速度回调一档，并最终确定改值。另外，若拐弯加速度MaxAcc设置很小时，设备也会出现震动，建议检查设置的加减速时间(Acc_Time和Dec_Time)是不是过小，过小的加减速时间容易导致急加速和急减速过程，也可能引发设备震动情况。此时，可先把加减速时间适当调大(如设置为 100～200ms之间)，然后再重新调节最大拐弯加速度MaxAcc。

3、确认轮廓误差和前瞻加速度以后，可着手插补加速时间和减速时间的调节，从而实现进一步提高效率的目的。

使用步骤

1、新建全局变量表，定义一个输入输出变量(如图1)，用于绑定PLC本体输入输出端口(如图2)，以及在PLC的内存中开辟一个小线段前瞻功能数据缓冲区;

图1：定义输入输出变量

图2：绑定PLC本体IO

2、建立POU，实例化FB，并关联引脚变量，方便在主控程序中传参，本次主要使用的功能，如下图所示;

·调用command_MCLA_Init_Module功能块，在PLC中开设前瞻插补空间资源。同样，当程序结束对运动控制卡的操作时，必须调用command_Conti_Close功能块释放运动控制卡所占用的 PLC系统资源，使得所占资源可被设备使用。

·调用Command_Conti_Open_List功能块，打开并初始化插补缓冲区。当bDone=TRUE表示open list成功，该指令需要两个任务周期完成。

·调用Conti_Set_Cmp_Config功能块，设置连续插补中IO输出模式，包括比较源、输出电平逻辑、电平信号反转时间等参数。

·调用Conti_Set_Cmp_Enable功能块，使能连续插补中IO输出功能。

·调用command_set_config_paras功能块，设置连续插补前瞻参数。小线段前瞻支持圆弧过渡和非圆弧过渡两种方式，设置轨迹误差范围为零时没有圆弧过渡，不为零时默认有圆弧过渡，且普通连续插补没有圆弧过渡功能。前瞻允许最大拐弯加速度MaxAcc控制拐角过渡时的速度大小，一般加速度越大，拐角速度越大，加工效率越高。该加速度一般指机械系统允许的加速度，若设置过大，容易引起机械震动。

·调用Command_Conti_Get_List_RemainSpace功能块，查询连续插补缓冲区剩余插补空间，以满足压入所需插补点数据。

·调用command_set_speed_paras功能块，设置加速时间、减速时间、起始速度、目标插补速度、停止速度。

·调用command_Conti_Add_Io_Action功能块，配置每段连续插补位置的IO输出状态。

·调用command_Conti_Add_Line功能块，按数组方式压入每段插补位置点。

·调用command_Conti_Start功能块，开始连续插补。

·调用command_Conti_Close功能块，关闭连续插补缓冲区。

·调用get_list_state功能块，读取指定坐标系的插补器状态。0-运行，1-暂停，2-正常停止，3-未启动,4-空闲。调用open list插补器状态为3;调用 conti start后插补器状态为 0;运动完成且没有调conti colse插补器状态为 2;其他状态为4。

·调用Command_Conti_Pause功能块，用于插补暂停指令。

3、编辑控制部分运行，建议用case多分支选择语句进行控制。

Step1：初始化

Step2：开缓冲区

Step 3：前瞻插补参数配置

Step 4：设置速度

Step 5：设置每段插补中各轴位置，起跳速度、加减速、起始速度、结束速度

4、连续插补中相对与轨迹段起始点IO输出(段内执行)。

5、启动前瞻插补器，插补器坐标系号和

6、关闭连续插补缓冲区

04、轨迹效果

例：X、Y轴执行4段位置，使用前瞻和非前瞻插补实现一个边为5cm正方形的涂胶工艺。

1、未开启前瞻测试

使用第一组参数如下：加减速的加速度为162mm/s ，拐角速度为0mm/s。速度为16.2mm/s，未开启速度前瞻时的速度曲线如下图3所示。

图3

2、开启前瞻测试

使用第二组参数如下：加减速的加速度为100mm/s ，拐角速度为0mm/s。速度为16.2mm/s,开启速度前瞻时的速度曲线如下图4所示。

图4

通过比较两种模式下的曲线图，可以发现未开启速度前瞻时，每个线段的起点和终点速度都减速到0，插补时间约为3.5s。开启速度前瞻后，会对指令间轨迹变化的夹角进行提前识别，比较其与允许的拐角轨迹误差的大小关系，在拐角较大时减速为0，较小的拐角适当减速，速度不降为0，保证在位置指令连接处平稳过渡，插补时间约为1.5s。可见速度前瞻提高了运动的平稳性，提高了加工效率。