【案例】S7-200SMART运动控制如何画圆,附源程序!

XYZ轴平台一套，该平台有三个步进驱动器，三套电机配合丝杆，在本例子因ST20型号的CPU只支持2轴高速脉冲输出，所以只驱动X轴和Y轴。实验平台如下图所示：



注：定义往电机方向移动为正方向，丝杆的逻辑为4mm，步进驱动的细分设置为3200个脉冲一转。CPU输出端Q0.0和Q0.2分半为X轴的脉冲和方向信号，Q0.1和Q0.7位Y轴的脉冲和放信号，步进驱动器有PLC的接线图如下所示：




走圆轨迹算法说明
西门子S7-200SMART系列PLC不支持圆弧插补功能，所以需要自己根据算法进行计算后分别驱动X轴和Y轴的移动从而来实现画圆功能.
要驱动XY轴画圆，可采用极限逼近法，把画圆弧变成画线段，如下图所示左侧为六等分，角度a=30°，右侧为十二等分，角度a=15°。



从上图中可以看出，当等边多边形的边越多时，则多边形的轨迹就越和圆相近，所以当角度a足够小时，则得到的多边形轨迹就越与圆接近。
根据以上分析需要完成画圆功能，我们需要知道“圆心坐标值”、“圆的半径”、“画圆的速度”，然后根据分为三部分来实现：

1、画笔移动到圆上把XY轴分别回原点，回原点后的位置默认为XY平面坐标的原点，然后由原点移动到圆心坐标，如下图所示1#点为圆心，2#点为圆上点。



假设1#点的坐标为（X1，Y1），速度为V，则X轴移动的距离为X1，Y轴移动的距离为Y1。根据勾股定理可计算出原点到圆心的距离“Y(0→1)”、X轴移动速度“VXaxis”和Y轴移动速度“VYaxis” ，计算公式如下所示：



当画笔到达1#点后，然后Y轴不动，X轴以V的速度移动半径R的距离到达圆上2#点位置，假2#点的坐标为（X2，Y2）
2、画笔开始画圆

画笔从2#点位置开始移动画圆，假设下个圆上的点为3#点，坐标为（X3,Y3），从圆心到3#点和从圆心到2#点的角度为a，如下图所示：



根据三角函数可计算出3#点的坐标（X3，Y3）的值分别为：X3=Cos（a）*R+X1，Y3=Sin（a）*R+Y1根据勾股定理可计算出XY轴要移动的距离 “Y(2→3)”的值。X轴移动速度“VXaxis”和Y轴移动速度“VYaxis” ，计算公式如下所示：



注：此时X2和Y2为X轴和Y轴的当前位置，X3和Y3为X轴和Y轴要移动的目标位置,速度需要取绝对值。同理：当画笔到达3#点后，角度变为2a，则对应的圆上点为4#点，坐标为（X4，Y4），如下图所示：



根据三角函数可计算出4#点的坐标（X4，Y4）的值分别为：X4=Cos（2a）*R+X1，Y4=Sin（2a）*R+Y1根据勾股定理可计算出XY轴要移动的距离 “Y(3→4)”的值。X轴移动速度“VXaxis”和Y轴移动速度“VYaxis” ，计算公式如下所示：



注：此时X3和Y3为X轴和Y轴的当前位置，X4和Y4为X轴和Y轴要移动的目标位置，速度需要取绝对值。
依次下去，每走完一次后，角度自加一次，当角度值大于360°时，则认为画圆完成。


PLC程序设计
根据分析，对于S7-200SMART系列PLC的程序设计主要分为“运动向导的组态配置”、“初始与会原点程序”、“速度计算程序”、“开始画圆程序”。
（1）初始化和回原点





（2）速度换算程序



（3）画圆程序




子程序内部程序








实验效果展示