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要實現多軸聯動等復雜的運動控制，則代價很高。為此，雷泰公司開發了SMC6400獨立式運動控制器，將運動控制卡優良的運動控制功能與PLC穩定可靠的工作性能、簡單的編程方式有機地結合起來。自動化設備研發工程師不需要掌握復雜的VB、VC軟件，只用簡單的G代碼就可以開發出動作復雜的運動控制系統。

下面以一種6軸全自動繞線機的控制系統為例，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結構

某公司新近開發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，機器主要完成絞線與繞線兩部分動作。為了便于調試與操作，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動滾珠絲桿使導針實現直線插補或螺旋插補軌跡。U軸為旋轉軸，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。

該設備的控制系統結構圖如圖2所示。

圖2  六軸全自動繞線機控制系統結構框圖

圖2中的各軸專用數字輸入信號包括：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。通用數字輸出信號包括：發給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，程序中相關參數及各軸坐標可先估算設定，取比較保險、安全的數值為好。

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，直到輸入信號有效或無效時，才繼續執行下面的指令。

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                    ;局部循環結束

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后面的參數為各自的終點坐標值，R后面的參數為半徑，單位：毫米；每一條運動指令后面都可以有速度參數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，如果要調整快速定位的速度，必須在6400控制器的系統參數中進行修改。

循環多次執行相同的運動軌跡時，用相對坐標更為方便。循環指令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，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                 ;局部循環結束

由于SMC6400具有連續插補功能，故在Z軸兩個方向