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摘 要：在簡要介紹多軸數控焊接原理的基礎上。重點討論利用台達內嵌運動控製功能的20PM係列PLC，實現焊接軌跡的三軸螺旋偏心圓插補平台控製，給出軟件編程。
關鍵詞：DVP20PM00D 運動控製 三軸螺旋插補 數控焊接
1 引言
hanjieshizuichangjiandejinshulianjiegongyi。gangguanguanjiandeshukonghanjieyongyudangengangguandehanjiehefenzhigangguandehanjie，shixiangongyiguochengdezidonghua，duiyuhanjiegongyidejingmijiagongjuyoushifenzhongyaodeyiyi。
鋼管管件數控焊接的核心問題是焊接點運動軌跡控製，設備外觀如圖1所示。數控焊槍根據工藝加工要求實現上下前後2軸運動控製。數控管件夾具平台用於固定需要焊接的鋼管，本身可以做單軸的水平麵旋轉，同時平台本身可以在X-Y平麵上，做X水平，Y垂直及圓弧的運動，構成3軸運動控製。本文以數控管件夾具平台3軸運動控製設計為主，對於焊槍水平和垂直焊接不予贅述。
圖1 數控焊接機
2 數控工藝分析
2.1 單根鋼管焊接
單根鋼管焊接比較簡單，隻需中間夾具做一圓周運動即可,這個運動命名為同心圓，如圖2所示。
圖2 單根鋼管焊接
2.2 分支鋼管焊接
圖3為分支鋼管的焊接，在焊接過程中，不僅要求中間夾具要做圓周運動，底座X-Y,平台也要同步反向旋轉，才能完成分支鋼管的焊接，這個運動命名為偏心圓，要求數控係統實現三軸的螺旋插補，如圖4所示。偏心圓焊接軌跡的控製複雜程度遠遠大於同心圓軌跡。
圖3 分支鋼管的焊接
圖4 數控焊槍的三軸螺旋插補軌跡
3 20PM運動控製PLC解決方案
3.1 運動控製PLC簡介
台達DVP-20PM00D是一款具有運動控製專用功能的可編程控製器。DVP-20PM00D的最大特點是PLC主機直接提供電子凸輪功能，或者說DVP-20PM00D是內置電子凸輪功能的PLC,所以有些場所直接稱呼DVP-20PM00D為台達20PM運動控製器。
20PM具有2路500KHz的輸入與輸出，在電子凸輪功能中定義X軸為從軸，編碼器輸入軸為主軸，當定義好CAM Table後，從軸依據定義的曲線跟隨主軸運動。采用高速雙CPU結構形式，利用獨立CPU處理運動控製算法，可以很好地實現各種運動軌跡控製、邏輯動作控製，直線/圓弧插補控製等，多軸數控管件焊接機正是利用了20PM運動控製器的電子凸輪功能很好的解決了複雜軌跡控製等問題。20PM的主要特點：
（1）20PM適用於高速、高精度、高複雜的運動控製場合；
（2）多段速執行及中斷定位；
（3）64K 大容量, 內置Flash存儲體；
（5）兩組差分脈衝輸出，最高脈衝輸出達500KHz；
（6）兩組手搖輪控製；
（7）內置電子凸輪功能，輕鬆實現繞線、飛剪、追剪等應用；
（8）支持PLC順序邏輯控製及NC控製(G 碼與M碼)。
3.2 運動控製解決方案
總體控製方案采用了兩套台達20PM係列運動控製PLC，其中20PM00M為內涵三軸的運動控製功能的PLC，實現工件夾具平台三軸複雜螺旋插補偏心圓焊接軌跡, 對於常規PLC是完全是難以想象的。
圖5 20PM00M接線原理
3.3 運動控製編程
20PM支持的G 代碼功能如下：G0 高速定位；G1 雙軸或三軸聯動直線插補；G2 順時針圓弧插補（設定圓心位置）；G3 逆時針圓弧插補（設定圓心位置）；G2 順時針圓弧插補（設定半徑長度）；G3 逆時針圓弧插補（設定半徑長度）；G4 停頓時間；G90 設定絕對坐標係統；G91 設定相對坐標係統。
DVP20PM特色。64K步程序容量,100段運動程序，滿足不同加工需求；在20PM中最大可設置100種運動軌跡，同時利用64K的程序容量，預先將需要執行的各種不同運行曲線的G碼存儲在PLC中，當需要加工某種規格時，可以采用文本顯示器、觸摸屏等來調用。支持G碼的直接彙入，當采用CAM軟件生成文本格式的G碼後，可利用PMSOFT的彙入菜單直接彙入到PLC運動程序中。也可通過HMI,利用U盤導入文本格式的G碼。支持手搖輪應用，可做一些手動的調整。具備電子原點返回模式，在20PM內存中加入了原點記憶功能，隻要設定了電子原點，即使設備斷電，在下次上電後也可以輕鬆找到原點位置。可連結EH2主機與所有擴充模塊，20PM可以靈活配置，即可以接在EH2主機後作為專門定位擴展模塊，也可以做為主機連接其它的模擬量等特殊功能模塊。支持PLC順序語言及定位語言(G 碼與M碼），實現了通用PLC與(yu)數(shu)控(kong)技(ji)術(shu)的(de)一(yi)個(ge)完(wan)美(mei)結(jie)合(he)。配(pei)置(zhi)運(yun)動(dong)軌(gui)跡(ji)的(de)離(li)線(xian)仿(fang)真(zhen)功(gong)能(neng)，在(zai)實(shi)際(ji)加(jia)工(gong)前(qian)利(li)用(yong)該(gai)項(xiang)功(gong)能(neng)可(ke)以(yi)檢(jian)查(zha)運(yun)動(dong)程(cheng)序(xu)是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)問(wen)題(ti)，可(ke)及(ji)時(shi)解(jie)決(jue)減(jian)少(shao)錯(cuo)誤(wu)發(fa)生(sheng)，參(can)見(jian)下(xia)圖(tu)。
4 偏心圓焊接軌跡編程
4.1上電參數初始化
把X,Y,Z的機械參數，及焊槍的上下軸，前後軸機械參數填到相關設置寄存器裏如（D1818,D1820,D1898 D1900;等），如圖6所示。
圖 6上電參數初始化
4.2 手動程控
手動控製X,Y,Z軸，及焊槍的上下軸，前後軸。先把各軸的手動速度等參數寫入相關寄存器如圖7所示。圖8為把手動命令放到五個軸相關的命令寄存器。需要注意的是20PM00M三軸運動控製器為主機，20PM00D兩軸運動控製器作為擴展模塊，他們之間的通信通過FROM,TO指令進行讀寫。主機的CR0-CR199,對應擴展的D1500-D1599。
圖7 手動速度參數
圖8 手動命令參數
4.3 自動控製
利用配方功能，如配方1，為工件1，為同心圓，速度為4，半徑為20，角度為30，也即D2000=1,D2002=40,,D2004=200,D2006=300,
如配方2，為工件2，為偏心圓，速度為4.8，半徑為21，角度為40，偏心距為58,也即
D2000=2,D2002=48,,D2004=210,D2006=400,D2008=580
在O100循環程序中根據
D2000的內容值,分別調用不同的運動子程序
運動子程序共有四種
D2000=1,調用OX1,為同心圓控製,G00 ZD3000 FD3002(D3000為根據角度半徑計算D3002為速度)
D2000=2,調用OX2,為偏心圓控製,G02 XD3010 YD3012 ZD3014 RD3016 FD3020(D3010,D3012為根據角度半徑計算的坐標D3020為速度)
D2000=3,調用OX3,焊槍垂直控製
D2000=4,調用OX4,平台水平運動
通過配方功能可實現所需的工件,比如配方10,為工件10,為偏心圓，速度為5.8，半徑為31，角度為60，偏心距為50,也即
D2000=2,D2002=48,,D2004=310,D2006=600,D2008=500
如果啟動運行會自動調用相關的運動子程序及相關參數，如圖9所示。
圖9 自動控製
5結束語
台達DVP20PM00D產品是一款同時具有邏輯控製和位置控製的功能強大的PLC，可以靈活、高速、精確的完成平麵兩軸及三軸運動控製， DVP20PM00D出色的控製功能具有良好的發展前景，可以廣泛應用於木工機械、焊接機械、切割設備以及半導體加工設備等等，例如液晶切片機、雙軸立車、焊接軌跡控、點膠軌跡控製、龍門數控鑽床、火焰切割機等廣泛的機電控製領域。
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