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CPU 1511C-1 PN

一、項目介紹

近年來，機器人自動化噴涂系統(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、效率高等眾多優(yōu)點，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，自動化生產(chǎn)能力不足。在國家提出十三五規(guī)劃，大力發(fā)展智能制造2025的時代大背景下，中航工業(yè)復(fù)合材料制造所遠(yuǎn)矚，在噴涂領(lǐng)域采用機器人進(jìn)行自動化生產(chǎn)，加快了企業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級，提高了裝備*制造能力。

本項目采用的是一臺可移動的懸掛式噴涂6軸機器人，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)（噴漆房內(nèi)尺寸：L30m×W9m×6.5m）進(jìn)行前后、左右、上下及旋轉(zhuǎn)等多個自由度的運動，機器人的手臂上帶有一支噴槍，能實現(xiàn)對大型復(fù)合材料工件外表面涂裝涂層的噴涂作業(yè)。

二、懸掛式機器人噴涂系統(tǒng)組成

懸掛式機器人噴涂系統(tǒng)由總控系統(tǒng)、天車系統(tǒng)（懸掛行走機構(gòu)）、機器人系統(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套縱走機構(gòu)（X軸）、1套橫走機構(gòu)（Y軸）、1套升降機構(gòu)（Z軸）和電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)，還有用于維修和檢測的走臺等附屬設(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)行機構(gòu)的必要前提。物料包含油漆、固化劑和清洗劑。

項目選用的是史陶比爾（Staubli）TX250系列6軸機器人，也是最新款的機器人。整個機器人系統(tǒng)由3個部件組成，包括控制器CS8C、機械手臂（Arm）以及手動示教盒（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作為上位機操作畫面，TP1200作為操作面板，天車、機器人和供漆系統(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，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控及操作，保證對整個工件的連續(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)實現(xiàn)的功能

懸掛式機器人噴涂系統(tǒng)可以實現(xiàn)對天車系統(tǒng)和機器人噴涂系統(tǒng)的單獨進(jìn)行操作。在現(xiàn)場天車可以通過操作屏TP700進(jìn)行操作，分別對X、Y和Z軸伺服電機進(jìn)行上電、零點校準(zhǔn)、絕對定位等。

供漆系統(tǒng)的現(xiàn)場屏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)各種油漆的自動配比情況、氣動泵以及防空打保護(hù)器等。

CPU 1511C-1 PN

S7-1500使用SIMATIC存儲卡作為程序存儲器。SIMATIC存儲卡主要有以下功能:

作為CPU的裝載存儲區(qū),離開存儲卡CPU就無法運行。

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)。

清除存儲卡中的項目數(shù)據(jù)

有些情況需要清除存儲卡中的項目數(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。

當(dāng)前要下載的博途項目版本比存儲卡里的項目版本低,比如,存儲卡中的博途項目版本是V16,但是當(dāng)前需要下載V15版本的項目,就有可能下載不了。

下載項目過程中發(fā)生了意外終止,比如網(wǎng)絡(luò)中斷,這樣會造成存儲卡中的項目不完整,TIA STEP7無法再連接CPU進(jìn)行下載。

清除存儲卡項目數(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,單擊OK鍵進(jìn)入,如圖2所示。

圖 2 選擇進(jìn)入Card handling菜單項

(3) 選擇Format card菜單項,單擊OK鍵進(jìn)入,如圖3所示。

圖 3 選擇進(jìn)入Format card菜單項

(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

這種方式需要一臺安裝了博途軟件的計算機,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。

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"格式化存儲卡"。

⑦ 單擊"格式"。

⑧ 單擊"是"確認(rèn)提示

S7-200 有兩個 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） 信號波形。

當(dāng)組態(tài)一個輸出為PTO 操作時，生成一個50%占空比脈沖串用于步進(jìn)電機或伺服電

機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態(tài)控制。

2、開環(huán)位控用于步進(jìn)電機或伺服電機的基本信息

借助位控向?qū)ЫM態(tài)PTO 輸出時，需要用戶提供一些基本信息，逐項介紹如下：

⑴ 最大速度 （MAX_SPEED）和啟動/停止速度 （SS_SPEED）

1是這2 個概念的示意圖。

MAX_SPEED 是允許的操作速度的最大值，它應(yīng)在電機力矩能力的范圍 。 驅(qū)動負(fù)載所需的力矩由摩擦力、慣性以及加速/減速時間決定

1  最大速度和啟動/停止速度示意

SS_SPEED：該數(shù)值應(yīng)滿足電機在低速時驅(qū)動負(fù)載的能力，如果SS_SPEED 的數(shù)值過 低，電機和負(fù)載在運動的開始和結(jié)束時可能會搖擺或顫動。如果SS_SPEED 的數(shù)值過高，電機會在啟動時丟失脈沖，并且負(fù)載在試圖停止時會使電機超速。通常，SS_SPEED 值是MAX_SPEED 值的5%至15%。

⑵加速和減速時間

加速時間ACCEL_TIME：電機從 SS_SPEED速度加速到MAX_SPEED速度所需的時間。 減速時間DECEL_TIME：電機從MAX_SPEED速度減速到SS_SPEED速度所需要的時間。

2 加速和減速時間

加速時間和減速時間的缺省設(shè)置都是1000 毫秒。通常，電機可在小于1000 毫秒的時間工作。參見圖2。這2 個值設(shè)定時要以毫秒為單位。

注意：電機的加速和失速時間要 過測試來確定。開始時，您應(yīng)輸入一個較大的值。逐漸減少這個時間值直至電機開始失速，從而優(yōu)化您應(yīng)用中的這些設(shè)置。

⑶移動包絡(luò)

一個包絡(luò)是一個預(yù)先定義的移動描述，它包括一個或多個速度，影響著從起點到終點的移動。一個包絡(luò)由多段組成，每段包含一個達(dá)到目標(biāo)速度的加速/減速過程和以目標(biāo)速度勻速運行的一串固定數(shù)量的脈沖。 位控向?qū)峁┮苿影j(luò)定義界面，在這里，您可以為您的應(yīng)用程序定義每一個移動包絡(luò)。PTO 支持最大100 個包絡(luò)。

定義一個包絡(luò)，包括如下幾點：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)定義一個符號名。

⑴選擇包絡(luò)的操作模式：PTO 支持相對位置和單一速度的 續(xù)轉(zhuǎn)動，如圖3所示，相對位置模式指的是運動的終點位置是從起點側(cè)開始計算的脈沖數(shù)量。單速續(xù)轉(zhuǎn)動則不需要提供終點位置，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)原點要求停發(fā)脈沖。

3   一個包絡(luò)的操作模式

⑵包絡(luò)中的步

一個步是工件運動的一個固定距離，包括加速和減速時間 的距離。PTO 每一包絡(luò)最大允許29 個步。

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)只有一個常速段，兩步包絡(luò)有兩個常速段，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)茏詣犹幚鞵TO 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)將給出一個在YL-335A 上實現(xiàn)的簡單工作任務(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 上實現(xiàn)步進(jìn)電機運行所需的運動包絡(luò)。

表1                步進(jìn)電機運行的運動包絡(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)咏缑?/p>

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）”