2025-05-06 行业资讯 0
在工业自动化生产中，高精度运动控制是实现生产效率提升和产品质量保障的关键。以五轴联动加工中心为例，设备需要同时控制多个运动轴按照复杂曲线路径精准运动，这对于传统的点到点移动模式来说，难以满足高精度和高效率的要求。特别是在加工圆弧型工件时，如何实现平滑的曲线插补、多轴同步运动以及高效的过渡控制，成为工控工程师面临的常见难题。
本篇文章以雷赛全自主开发PLC编程软件平台LeadStudio为例，详细介绍了轴组插补功能的实际应用，通过直线插补和圆弧插补功能，帮助开发者轻松实现多轴协同运动控制，解决复杂曲线路径下的高精度运动要求。
01、轴组插补功能介绍
LeadStudio支持直线插补和圆弧插补，插补功能以轴组方式实现。
1)每个轴组最多可控制4个运动控制轴，包括X、Y、Z三个坐标轴和一个辅助轴;
2)支持最多8个轴组，每一个轴组可以设置为2轴(XY轴)，3轴(XYZ)和4轴(XYZ和辅助轴);
3)直线插补和圆弧插补支持缓冲模式，每一个轴组最多可以缓冲8条曲线，曲线之间的过渡模式可以单独设置;
4)直线插补时，代表x、y、z三个坐标轴的运动控制轴沿坐标轴运动，辅助轴从起点位置沿直线运动到终点位置;
5)圆弧插补时，可以选择xy轴平面、yz轴平面、xz轴平面中的一个平面做圆弧插补，此时如果轴组中还配置了其他轴，则其他的轴从起点位置沿直线运动到终点位置。
以下是PLC轴组(插补)的应用示例。
02、轴组指令介绍
功能块MC_MoveLinear：直线插补指令
本功能块用于控制轴组执行直线插补功能，上升沿有效。
功能块MC_MoveLinear如下图所示：
注意：
1)只有调用MC_Power指令将轴组中所有轴切换到StandStill状态才可以触发本指令。在单轴运动期间(例如正在做点位运动、回原、停止等)触发本指令无效;
2)触发本指令后单轴的PLCOpen状态机处于同步运动模式，运动期间不可以用单轴运动类指令打断，插补曲线完成后单轴的PLCOpen状态机进入StandStill状态，此时可以执行单轴的运动类指令;
3)Position用于设定目标位置或移位，Position[0]表示x轴的位置位移分量，Position[1]表示y轴的位置位移分量，Position[2]表示z轴的位置位移分量，Position[3]表示辅助轴的位置位移分量。Velocity表示插补器的目标速率，其中坐标轴的目标速度按照公式(1)、(2)、(3)分解;
4)辅助轴的插补速度分两种情况：
①当坐标轴上的点不动而单独移动辅助轴时，辅助轴按照Velocity设定的目标速度运动;
②当坐标轴上的点移动时，辅助轴将和坐标轴上的点同时到达目标位置;假设插补直线的长度为L1，辅助轴的目标位移为L2，某一个时刻插补直线的速率为V0，则辅助轴的速度Va计算方式如下：
Va=V0*L2/L1
5)移动方法MoveMode选择：
MoveMode=0表示绝对定位模式，触发本指令后三个坐标轴轴组最终运动到(Position[0],Position[1],Position[2])指定的位置，辅助轴运动到Position[3]指定的位置;
MoveMode=1表示相对定位模式，设轴组的三个坐标轴的位置为(Px,Py,Pz)，辅助轴当前位置为Pa，触发本指令后三个坐标轴最终运动到(Px+Position[0],Py+Position[1],Pz+Position[2])，辅助轴最终位置为Pa+Position[3]。
6)缓冲模式BufferMode
当选择1、2、3、4、5、10这六种缓冲模式时，插补指令最多允许缓冲8条曲线。当指令进入缓冲状态时，Busy信号有效，当本条指令开始执行时，Active输出有效，当指令执行完成时，Done信号输出有效;当新加入的插补指令选择0(打断+无过渡)模式时，本条指令将打断正在执行的和处于缓冲的所有插补指令，被打断的插补指令CommandAborted输出有效。
缓冲方式是指同时启动多条插补指令时指令执行的流程，过渡方式是指多段曲线相互切换时的方式。
功能块MC_MoveCircular：圆弧插补指令
本功能块用于控制轴组执行圆弧插补功能，上升沿有效。
功能块MC_MoveCircular如下图所示：
注意：
1)只有调用MC_Power指令将轴组中所有轴切换到StandStill状态才可以触发本指令。在单轴运动期间(例如正在做点位运动、回原、停止等)触发本指令无效;2)触发本指令后单轴的PLCOpen状态机处于同步运动模式，运动期间不可以用单轴运动类指令打断，插补曲线完成后单轴的PLCOpen状态机进入StandStill状态，此时可以执行单轴的运动类指令;3)圆弧轴的指定
CircAxes指定坐标轴平面，意义如下：CircAxes=0代表选择x-y坐标轴平面，AxisID_x和AxisID_y指定的运动轴执行圆弧插补，AxisID_z和AxisID_a指定的轴为辅助轴，执行跟随运动，从起点位置沿直线运动到终点位置;
4)插补模式选择
①CircMode=0代表根据通过点进行圆弧插补：
以x-y平面为例，x轴的起始位置为Px，y轴的起始位置为Py，触发指令后将执行以(Px,Py)为起点，以(EndPoint[0],EndPoint[1])为终点并通过点(AuxPoint[0],(AuxPoint[1])的圆弧插补;
当起点和终点为同一点时，以起点(Px,Py)和通过点(AuxPoint[0],(AuxPoint[1])为直径绘制正圆。这种情况下，通过PathChoice(路径选择)指定圆弧的旋转方向;
当起点、通过点与终点在同一条直线上时不能构成圆，指令报错，停止插补指令的执行;
当通过点与终点为同一点或者起点和通过点位置为同一点时，指令报错，停止插补指令的执行;
②CircMode=1代表根据中心点进行圆弧插补：
以x轴和z轴为例，x轴的起始位置为Px，z轴的起始位置为Pz，触发指令后将执行以(Px,Pz)为起点，以(AuxPoint[0],(AuxPoint[2])为圆心，以(EndPoint[0],EndPoint[2])为终点的圆弧插补，圆弧的绘制旋转方向由PathChoice决定;
③CircMode=2代表根据指定半径进行圆弧插补：
不管选择哪个平面，圆弧的半径大小始终由AuxPoint[0]决定;
以y轴和z轴为例，y轴的起始位置为Py，z轴的起始位置为Pz，y轴和z轴执行以(Py,Pz)为起点，以AuxPoint[0]为半径，以(EndPoint[1],EndPoint[2])为终点的圆弧插补;
半径符号为负时，绘制出较长的圆弧;半径符号为正时，绘制出较短的圆弧;圆弧的旋转方向通过PathChoice(路径选择)指定;
5)移动方法选择
①MoveMode=0表示绝对定位模式：
当选择通过点时，辅助点和终点代表坐标系中的绝对点;
当选择中心点时，中心点和终点代表坐标系中的绝对点;
当选择半径时，终点代表坐标系中的绝对点;
②MoveMode=1表示相对定位模式：
当选择通过点时，辅助点和终点代表相对于起始点的相对点;
当选择中心点时，中心点和终点代表相对于起始点的相对点;
当选择半径时，终点代表相对于起始点的相对点;
6)缓冲模式BufferMode
参考直线插补指令缓冲模式;
功能块MC_GroupStop：轴组停止运动指令
本功能块用于轴组实现运动停止功能，上升沿有效。
功能块MC_GroupStop如下图所示：
注意：
1)MC_GroupStop指令仅能暂停插补类指令(如MC_MoveLinear)，不能停止单轴运动类指令(如MC_MoveAbsolute);2)状态转换
在Execute的上升沿，插补器根据StopMode设置的停机方式执行停机，并打断所有处于缓冲状态的插补指令，停机完成后Done信号输出有效，单轴的PLCOpen状态机仍处于SynchronizedMotion状态。在Execute=ON期间，插补器一直处于停止状态，此时触发新的插补指令无效。在Execute的下降沿，插补器将切换到非停止状态，单轴进入StandStill状态，此时可以触发新的插补指令;
3)停止模式
StopMode设置为0时，将按照Deceleration设定的减速度减速停机;StopMode设置为1时，将立即停机，无减速过程;
功能块MC_GroupPause：轴组暂停运动指令
本功能块用于轴组实现运动暂停功能，上升沿有效。
功能块MC_GroupPause如下图所示：
注意：
1)MC_GroupPause指令仅能暂停插补类指令(如MC_MoveLinear)，不能停止单轴运动类指令(如MC_MoveAbsolute);2)状态转换
①当轴组内的轴都处于StandStill状态时：
将Enable设置为ON，此时轴组内的轴仍处于StandStill状态，如果此时触发直线插补指令或者圆弧插补指令，轴组内的轴将切换到SynchronizedMotion状态，但是处于暂停状态，不执行插补算法。只有MC_GroupPause指令的Enable信号设置为OFF时才开始执行插补算法。
②当轴组内的轴都处于SynchronizedMotion状态时：
在Enable的上升沿，插补器根据Deceleration设置的减速度执行减速过程，减速完成后Done信号输出有效，单轴的PLCOpen状态机仍处于SynchronizedMotion状态，暂停期间正在执行的插补指令的Busy信号和Active信号保持输出有效;在Enable=ON期间，插补器一直处于暂停状态，此时触发新的插补指令新的插补指令处于缓冲状态;在Enable的下降沿，插补器重新开始执行之前被暂停的插补指令;
03、操作步骤
PC的IP地址，192.168.1.132(与PLC同一网段即可);
SC2-C的IP地址，192.168.1.3;
操作步骤如图所示：
(1)新建工程
打开LeadStudio软件，新建工程“例_SC2C_AxisGroup”，如下图所示：
(2)轴组设置1)脉冲轴创建及参数配置请参考“本地脉冲轴_例程”，此处不再赘述;2)右键单击左侧设备树的【运动控制轴组配置】，选择【添加轴组】，新建轴组【MC_Group0】，双击打开轴组【MC_Group0】，设置轴组轴构成，及相关参数，如下图所示：
注意：
最大速度：直线插补模式表示空间直线的插补最大速度;圆弧插补表示圆弧的最大线速度;
最大加速度：直线插补模式表示空间直线的插补最大加速度;圆弧插补表示圆弧的最大线加速度;
停止方式：指在轴组发生故障时的停止方式。
(3)轴组(插补)程序编写
1)变量定义如下图所示;
2)编写程序如下图所示：
(4)轴组(插补)功能测试
1)打开LeadStudio软件，打开工程“例_SC2C_AxisGroup”，编译无误后，将工程下载到SC2-C中，点击运行，如下图所示：
2)双击左侧设备树的“Trace0”，选择“跟踪配置”，添加变量如下图所示，右键空白处，选择“下载跟踪”;
3)双击打开轴组演示程序【AxisGroup_Demo】，将“iState”值置为1，开始执行“轴组演示程序”，触发一段直线插补运动，缓冲一段圆弧插补运动，如下图所示：
4)等待程序执行完成，监控显示“iState”值为5，表明直线插补与圆弧插补运动完成，如下图所示：
5)双击左侧设备树的“Trace0”，可以看到轴组中两轴在直线插补与圆弧插补过程中的位置、速度变化曲线，如下图所示：
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