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SIEMENS西門子晉中授權(quán)代理商
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CPU 1511C-1 PN
一、項(xiàng)目介紹
近年來，機(jī)器人自動(dòng)化噴涂系統(tǒng)因其具有重復(fù)精度高、涂裝質(zhì)量好、可靠性好、適用性強(qiáng)、效率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于汽車等工業(yè)領(lǐng)域。而目前航空產(chǎn)品制造過程仍舊是勞動(dòng)密集、工序繁復(fù)、工況惡劣、輔以大量工裝夾具并以手工制造為主，自動(dòng)化生產(chǎn)能力不足。在國(guó)家提出十三五規(guī)劃，大力發(fā)展智能制造2025的時(shí)代大背景下，中航工業(yè)復(fù)合材料制造所遠(yuǎn)矚，在噴涂領(lǐng)域采用機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，加快了企業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高了裝備*制造能力。
本項(xiàng)目采用的是一臺(tái)可移動(dòng)的懸掛式噴涂6軸機(jī)器人，它安裝在3自由度直角坐標(biāo)變位天車上，可以在噴房范圍內(nèi)（噴漆房?jī)?nèi)尺寸：L30m×W9m×6.5m）進(jìn)行前后、左右、上下及旋轉(zhuǎn)等多個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人的手臂上帶有一支噴槍，能實(shí)現(xiàn)對(duì)大型復(fù)合材料工件外表面涂裝涂層的噴涂作業(yè)。
二、懸掛式機(jī)器人噴涂系統(tǒng)組成
懸掛式機(jī)器人噴涂系統(tǒng)由總控系統(tǒng)、天車系統(tǒng)（懸掛行走機(jī)構(gòu)）、機(jī)器人系統(tǒng)、智能供漆系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示：
天車系統(tǒng)包括：
1套縱走機(jī)構(gòu)（X軸）、1套橫走機(jī)構(gòu)（Y軸）、1套升降機(jī)構(gòu)（Z軸）和電氣伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，還有用于維修和檢測(cè)的走臺(tái)等附屬設(shè)施。如圖2所示：
智能供漆系統(tǒng)由虹吸管、隔膜泵、物料罐、過濾器、2KS、調(diào)壓器、空打保護(hù)器等組成一套完整的供漆系統(tǒng)，是噴涂系統(tǒng)的重要組成部分，其承擔(dān)著從原料供應(yīng)到原料調(diào)節(jié)預(yù)混配比等重要的作用，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的必要前提。物料包含油漆、固化劑和清洗劑。
項(xiàng)目選用的是史陶比爾（Staubli）TX250系列6軸機(jī)器人，也是最新款的機(jī)器人。整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)由3個(gè)部件組成，包括控制器CS8C、機(jī)械手臂（Arm）以及手動(dòng)示教盒（Manualcontrolpendant，MCP）。
三、控制系統(tǒng)架構(gòu)
此套系統(tǒng)的總控系統(tǒng)控制器采用西門子S7-1500PLC作為主控制器，WinCCProfessionalV13SP1作為上位機(jī)操作畫面，TP1200作為操作面板，天車、機(jī)器人和供漆系統(tǒng)分別采用S7-1200作為控制器。S7-1500總控系統(tǒng)通過PROFINET總線與噴涂機(jī)器人系統(tǒng)、供漆系統(tǒng)和懸掛行走系統(tǒng)通訊，完成系統(tǒng)整體控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及操作，保證對(duì)整個(gè)工件的連續(xù)噴涂。控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示，主控系統(tǒng)硬件設(shè)備表單，如下表1所示。
四、控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能
懸掛式機(jī)器人噴涂系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天車系統(tǒng)和機(jī)器人噴涂系統(tǒng)的單獨(dú)進(jìn)行操作。在現(xiàn)場(chǎng)天車可以通過操作屏TP700進(jìn)行操作，分別對(duì)X、Y和Z軸伺服電機(jī)進(jìn)行上電、零點(diǎn)校準(zhǔn)、絕對(duì)定位等。
供漆系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)屏TP700可以顯示油漆液位、清洗劑液位、固化劑液位、管路壓力、電磁閥狀態(tài)、流體調(diào)壓器狀態(tài)、2KS系統(tǒng)各種油漆的自動(dòng)配比情況、氣動(dòng)泵以及防空打保護(hù)器等。
CPU 1511C-1 PN
S7-1500使用SIMATIC存儲(chǔ)卡作為程序存儲(chǔ)器。SIMATIC存儲(chǔ)卡主要有以下功能:
作為CPU的裝載存儲(chǔ)區(qū),離開存儲(chǔ)卡CPU就無法運(yùn)行。
可以用于更新S7-1500CPU及集中式IO模塊的固件版本。
讀取服務(wù)數(shù)據(jù)。
清除存儲(chǔ)卡中的項(xiàng)目數(shù)據(jù)
有些情況需要清除存儲(chǔ)卡中的項(xiàng)目數(shù)據(jù):
忘記了設(shè)置的讀寫保護(hù)密碼,如果需要再次下載程序時(shí)。
當(dāng)前要下載的博途項(xiàng)目版本比存儲(chǔ)卡里的項(xiàng)目版本低,比如,存儲(chǔ)卡中的博途項(xiàng)目版本是V16,但是當(dāng)前需要下載V15版本的項(xiàng)目,就有可能下載不了。
下載項(xiàng)目過程中發(fā)生了意外終止,比如網(wǎng)絡(luò)中斷,這樣會(huì)造成存儲(chǔ)卡中的項(xiàng)目不完整,TIA STEP7無法再連接CPU進(jìn)行下載。
清除存儲(chǔ)卡項(xiàng)目數(shù)據(jù)的方法:
通過 CPU 的顯示屏進(jìn)行格式化。
使用TIA STEP 7 進(jìn)行格式化。
使用市售SD卡讀卡器刪除項(xiàng)目文件。
1.通過 CPU 的顯示屏進(jìn)行格式化
這種方式無需額外硬件和軟件,但要求CPU和顯示屏的固件版本必須大于或等于V2.0。這種方式適用于忘記讀寫保護(hù)密碼的情況。具體操作步驟如下:
(1) 通過左右箭頭鍵選擇Settings菜單,點(diǎn)擊OK鍵進(jìn)入,如圖1所示。
圖 1 選擇進(jìn)入Settings菜單
(2) 通過下箭頭鍵選擇Card handling菜單項(xiàng),單擊OK鍵進(jìn)入,如圖2所示。
圖 2 選擇進(jìn)入Card handling菜單項(xiàng)
(3) 選擇Format card菜單項(xiàng),單擊OK鍵進(jìn)入,如圖3所示。
圖 3 選擇進(jìn)入Format card菜單項(xiàng)
(4) 單擊OK鍵確認(rèn)進(jìn)行格式化操作,PLC將進(jìn)入STOP模式,如圖4所示。
圖 4 確認(rèn)格式化操作
2.使用TIA STEP7 進(jìn)行格式化
這種方式需要一臺(tái)安裝了博途軟件的計(jì)算機(jī),并跟CPU在線連接,這種方式不適用于忘記讀寫保護(hù)密碼的情況。
具體操作步驟如下:
① 在項(xiàng)目樹中雙擊“在線訪問"。
② 選擇電腦網(wǎng)卡。
③ 雙擊“更新可訪問的設(shè)備"菜單項(xiàng)。
④ 選擇搜索到的連接的CPU。
⑤ 打開 CPU 的“在線與診斷"視圖。
⑥ 選擇"功能"菜單中的"格式化存儲(chǔ)卡"。
⑦ 單擊"格式"。
⑧ 單擊"是"確認(rèn)提示
S7-200 有兩個(gè) 置PTO/PWM 發(fā)生器，用以建立高速脈沖串（PTO）或脈寬調(diào)節(jié)（PWM） 信號(hào)波形。
當(dāng)組態(tài)一個(gè)輸出為PTO 操作時(shí)，生成一個(gè)50%占空比脈沖串用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電
機(jī)的速度和位置的開環(huán)控制。 置PTO 功能提供了脈沖串輸出，脈沖周期和數(shù)量可由用戶控制。但應(yīng)用程序必須通過PLC內(nèi)置I/O 提供方向和限位控制。
為了簡(jiǎn)化用戶應(yīng)用程序中位控功能的使用，STEP7--Micro/WIN 提供的位控向?qū)Э梢詭椭趲追昼妰?nèi)全部完成PWM，PTO 或位控模塊的組態(tài)。向?qū)Э梢陨晌恢弥噶睿脩艨梢杂眠@些指令在其應(yīng)用程序中為速度和位置提供動(dòng)態(tài)控制。
2、開環(huán)位控用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的基本信息
借助位控向?qū)ЫM態(tài)PTO 輸出時(shí)，需要用戶提供一些基本信息，逐項(xiàng)介紹如下：
⑴ 最大速度 （MAX_SPEED）和啟動(dòng)/停止速度 （SS_SPEED）
1是這2 個(gè)概念的示意圖。
MAX_SPEED 是允許的操作速度的最大值，它應(yīng)在電機(jī)力矩能力的范圍 。 驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的力矩由摩擦力、慣性以及加速/減速時(shí)間決定
1 最大速度和啟動(dòng)/停止速度示意
SS_SPEED：該數(shù)值應(yīng)滿足電機(jī)在低速時(shí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力，如果SS_SPEED 的數(shù)值過 低，電機(jī)和負(fù)載在運(yùn)動(dòng)的開始和結(jié)束時(shí)可能會(huì)搖擺或顫動(dòng)。如果SS_SPEED 的數(shù)值過高，電機(jī)會(huì)在啟動(dòng)時(shí)丟失脈沖，并且負(fù)載在試圖停止時(shí)會(huì)使電機(jī)超速。通常，SS_SPEED 值是MAX_SPEED 值的5%至15%。
⑵加速和減速時(shí)間
加速時(shí)間ACCEL_TIME：電機(jī)從 SS_SPEED速度加速到MAX_SPEED速度所需的時(shí)間。 減速時(shí)間DECEL_TIME：電機(jī)從MAX_SPEED速度減速到SS_SPEED速度所需要的時(shí)間。
2 加速和減速時(shí)間
加速時(shí)間和減速時(shí)間的缺省設(shè)置都是1000 毫秒。通常，電機(jī)可在小于1000 毫秒的時(shí)間工作。參見圖2。這2 個(gè)值設(shè)定時(shí)要以毫秒為單位。
注意：電機(jī)的加速和失速時(shí)間要 過測(cè)試來確定。開始時(shí)，您應(yīng)輸入一個(gè)較大的值。逐漸減少這個(gè)時(shí)間值直至電機(jī)開始失速，從而優(yōu)化您應(yīng)用中的這些設(shè)置。
⑶移動(dòng)包絡(luò)
一個(gè)包絡(luò)是一個(gè)預(yù)先定義的移動(dòng)描述，它包括一個(gè)或多個(gè)速度，影響著從起點(diǎn)到終點(diǎn)的移動(dòng)。一個(gè)包絡(luò)由多段組成，每段包含一個(gè)達(dá)到目標(biāo)速度的加速/減速過程和以目標(biāo)速度勻速運(yùn)行的一串固定數(shù)量的脈沖。 位控向?qū)峁┮苿?dòng)包絡(luò)定義界面，在這里，您可以為您的應(yīng)用程序定義每一個(gè)移動(dòng)包絡(luò)。PTO 支持最大100 個(gè)包絡(luò)。
定義一個(gè)包絡(luò)，包括如下幾點(diǎn)：①選擇操作模式；②為包絡(luò)的各步定義指標(biāo)。③為包絡(luò)定義一個(gè)符號(hào)名。
⑴選擇包絡(luò)的操作模式：PTO 支持相對(duì)位置和單一速度的 續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示，相對(duì)位置模式指的是運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)位置是從起點(diǎn)側(cè)開始計(jì)算的脈沖數(shù)量。單速續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)則不需要提供終點(diǎn)位置，PTO 一直持續(xù)輸出脈沖，直至有其他命令發(fā)出，例如到達(dá)原點(diǎn)要求停發(fā)脈沖。
3 一個(gè)包絡(luò)的操作模式
⑵包絡(luò)中的步
一個(gè)步是工件運(yùn)動(dòng)的一個(gè)固定距離，包括加速和減速時(shí)間 的距離。PTO 每一包絡(luò)最大允許29 個(gè)步。
每一步包括目標(biāo)速度和結(jié)束位置或脈沖數(shù)目等幾個(gè)指標(biāo)。圖4 所示為一步、兩步、三步和四步包絡(luò)。注意一步包絡(luò)只有一個(gè)常速段，兩步包絡(luò)有兩個(gè)常速段，依次類推。步的數(shù)目與包絡(luò)中常速段的數(shù)目一致。
4 包絡(luò)的步數(shù)示意
7.2.5 使用位控向?qū)Ь幊?/p>
STEP7 V4.0 軟件的位控向?qū)茏詣?dòng)處理PTO 脈沖的單段管線和多段管線、脈寬調(diào)
制、SM 位置配置和創(chuàng)建包絡(luò)表。
本節(jié)將給出一個(gè)在YL-335A 上實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單工作任務(wù)例子，闡述使用位控向?qū)Ь幊痰姆椒ê筒襟E。表1 是YL-335A 上實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行所需的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。
表1 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)
1、使用位控向?qū)Ь幊痰牟襟E如下：
1）為S7--200 PLC選擇選項(xiàng)組態(tài) 置PTO/PWM操作。
在STEP7 V4.0軟件命令菜單中選擇 工具→位置控制向?qū)Р⑦x擇配置S7-200PLC內(nèi)
置PTO/PWM操作，如圖5所示。
圖5 位控向?qū)?dòng)界面
2）單擊“下一步"選擇“QO.0"，再單擊“下一步"選擇“線性脈沖輸出 PTO）"