西門子MAP庫指令在三軸機(jī)械手設(shè)備中的應(yīng)用

何琳鋒++王延盛

摘 要：本文介紹應(yīng)用西門子MAP庫指令發(fā)出脈沖控制三軸機(jī)械手設(shè)備運(yùn)行的方法，系統(tǒng)闡述了機(jī)械手基于MAP庫指令的應(yīng)用及使用方法。以SKPLC-2自動(dòng)化生產(chǎn)線為例，采用MAP庫指令實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手Y軸、Z軸精確移動(dòng)定位，從而更精確地將分揀物品進(jìn)行準(zhǔn)確的位置分揀，并給出三軸機(jī)械手定位系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：MAP庫指令；S7-200 PLC （CPU224）；SKPLC-2

中圖分類號(hào)： TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）20-130-2

0 引言

隨著工業(yè)水平不斷提高，越來越多的工業(yè)控制設(shè)備越來越自動(dòng)化、集成化、智能化，工業(yè)對(duì)設(shè)備的要求也越來越高，精度高、速度快、智能化等，定位精度在很多企業(yè)當(dāng)中對(duì)所使用設(shè)備要求越來越高。因此，如何更方便、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定位控制在自動(dòng)化生產(chǎn)線中具有重要意義，在要求較高的開環(huán)系統(tǒng)中一般采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)定位控制；在要求高的閉環(huán)控制系統(tǒng)中采用伺服電機(jī)，伺服電機(jī)在過載能力、速度、定位精度方面均有良好的表現(xiàn)。所以在精度比較高的場(chǎng)合常采用伺服電動(dòng)機(jī)控制，如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器手、碼垛機(jī)、立體車庫等對(duì)定位精度要求高的控制系統(tǒng)采用伺服電動(dòng)機(jī)控制。

1 三軸機(jī)械手設(shè)備及MAP庫簡(jiǎn)介

西門子S7-200PLC控制伺服電機(jī)運(yùn)行方法有多種，常用的可以通過軟件向?qū)?chuàng)建，調(diào)用PLC向?qū)傻陌j(luò)指令控制設(shè)備運(yùn)行，控制方法不很方便，不適用復(fù)雜控制要求程序編寫；第二種采用西門子公司提供的MAP庫直接調(diào)用生成的脈沖控制指令，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制要求的程序編寫、調(diào)試運(yùn)行。

三軸機(jī)械手設(shè)備共有X軸、Y軸、Z軸控制，其中X軸由EM253定位模塊控制（由軟件向?qū)ё詣?dòng)創(chuàng)建，本文不在敘述）。Y軸、Z軸由S7-200PLC的兩個(gè)輸出點(diǎn)控制，其中Y軸、Z軸分別有左右限位開關(guān)及原點(diǎn)，用于防止機(jī)械手發(fā)生碰撞。自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備通過三軸機(jī)械手的精確定位實(shí)現(xiàn)灌裝瓶不同工位放置，設(shè)備I/O見表1。

2 MAP庫指令控制三軸機(jī)械手方案

硬件選用兩臺(tái)匯川IS500PS1R6I伺服驅(qū)動(dòng)器分別控制機(jī)械手Y軸、Z軸，西門子S7-200CPU224可編程控制器，威倫觸摸屏。軟件部分進(jìn)行PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)，觸摸屏組態(tài)畫面設(shè)計(jì)，見圖2。通過對(duì)程序、觸摸屏畫面參數(shù)調(diào)整，完成設(shè)備對(duì)產(chǎn)品的準(zhǔn)確分揀控制。

根據(jù)自動(dòng)生產(chǎn)線控制要求，首先進(jìn)行PLC的I/O表分配，PLC線路圖繪制，根據(jù)PLC線路圖進(jìn)行設(shè)備線路連接并通電調(diào)試檢測(cè)設(shè)備I/O點(diǎn)準(zhǔn)確性。

程序結(jié)構(gòu)包括：MAP庫初始化子程序調(diào)用、回參考點(diǎn)子程序調(diào)用、手動(dòng)測(cè)試位置子程序調(diào)用及機(jī)械手自動(dòng)運(yùn)行子程序調(diào)用。（圖2-圖5）

設(shè)備硬件及程序調(diào)試運(yùn)行如下。

①檢查接線。

檢測(cè)設(shè)備上各電器元件的接線是否正確，并利用萬用表測(cè)量線路是否導(dǎo)通，確保設(shè)備上PLC電源、觸摸屏、限位開關(guān)、電磁閥、機(jī)械手等可以正常工作。

設(shè)備接線中需要注意幾點(diǎn)：a傳感器信號(hào)線與電源線不可接錯(cuò)，b PLC供電電源必須采用設(shè)備要求的標(biāo)準(zhǔn)電壓供電，c限位開關(guān)的位置及線路必須確保正確，以防止機(jī)械手發(fā)生碰撞導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生誤差。

②系統(tǒng)上電。

a設(shè)備上電前必須使用萬用表測(cè)量電源輸入電壓確定在允許范圍內(nèi)后，系統(tǒng)上電。b測(cè)量開關(guān)電源提供給傳感器的輸出電壓24V是否正常。C.觀察PLC電源指示燈是否正常，觸摸屏是否正常開機(jī)并顯示。

③仿真測(cè)試程序和組態(tài)畫面。

將S7-200PLC控制程序和觸摸屏及上位機(jī)組態(tài)畫面用仿真軟件和編寫的模擬運(yùn)行程序進(jìn)行仿真測(cè)試。確保做到：

a PLC程序IO變量與實(shí)際PLC模塊地址對(duì)應(yīng)正確。b PLC程序各子程序功能可行且可靠，模擬能考慮到的各種現(xiàn)場(chǎng)情況并測(cè)試它們對(duì)程序運(yùn)行產(chǎn)生的影響，修改完善子程序功能。模擬并排查程序運(yùn)行一段時(shí)間可能產(chǎn)生的問題。盡量使子程序代碼健壯，重用性強(qiáng)，同時(shí)優(yōu)化程序執(zhí)行時(shí)間。c觸摸屏和上位機(jī)組態(tài)畫面建立的外部變量地址與PLC程序中的相應(yīng)變量對(duì)應(yīng)正確，確保觸摸屏可以準(zhǔn)確控制設(shè)備準(zhǔn)確運(yùn)行。

④下載PLC程序和組態(tài)畫面并調(diào)試通訊。

將觸摸屏與PLC通信線連接并檢查通訊設(shè)置是否正確，向PLC下載程序。檢查PLC之間的通訊設(shè)置，觀察PLC通訊指示燈是否正常。通過觸摸屏組態(tài)畫面監(jiān)控測(cè)試PLC之間通訊是否成功，測(cè)試PLC與觸摸屏通訊是否成功。

⑤調(diào)試程序及調(diào)整傳感器檢測(cè)硬件結(jié)構(gòu)位置，使得三軸機(jī)械手可以安裝控制要求完成物品分揀功能。

3 結(jié)論

目前生產(chǎn)工業(yè)中設(shè)備關(guān)于應(yīng)用定位精度越發(fā)重要，伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用在準(zhǔn)確定位中起到了非常重要的作用。基于西門子S7-200PLC的定位控制，采用西門子MAP庫指令可以很方便地實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的多軸的定位控制功能，利用定位庫指令極大的方便了控制步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的PLC控制程序編寫，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定，準(zhǔn)確、可靠地運(yùn)行。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

[2]廖長(zhǎng)初.S7-200PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]呂景泉.自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試[M].北京：中國鐵道出版社.

[4]劉文芳.西門子PLC系統(tǒng)綜合應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.