0 引言

　　本系统由PLC、伺服控制器为核心，与伺服电机、提升机、机器人组成一套自动上下料的自动化控制系统。

　　1 用户要求

　　用户需要上下料的工件是一种直径90mm，长度1.4m的钢管，在加工机床上要对钢管两端进行加工，同时，受加工机床卡具的限制，机器人手爪的抓取位置并不在钢管的中心位置，即机器人需要进行两次装卡，而且在第二次钢管掉头装卡的时候，需要机器人调整手爪的位置后，再将钢管放人用户加工机床的卡具中。

　　用户的上料架存放有钢管95根，垛放方式是交叉排列码放，钢管间间隙较小，考虑机器人手爪的机械强度和其他限制，不可能利用机器人的手爪将钢管从上料架提取出来。因此，设计一台提升机通过卡钳式样的抱臂，利用气缸驱动抱臂夹紧，钩住工件钢管两端的圆孔，再利用两台伺服电机做水平方向和垂直方向的运动，将工件吊离钢管垛，运行到与机器人手爪的汇合点，最后，控制机器人将工件取走。

　　2 控制系统结构

　　2.1 硬件配置(如图1)

　　图1硬件配置

　　1. FLC主机选用S7_315 2DP一台。

　　2.4轴伺服控制模块FM357-2一台。

　　3.10时TP270触摸屏一台。

　　4. ROBOT R-2000iBl165F机器人一台。

　　5.伺服控制器SGDM-08ADA一台，SGDM-20ADA一台。

　　2.2 软件配置

　　根据实际情况，选用10时TP270触摸屏一台，与PLC S7_315_ 2DP采用PROFIBUS通讯方式，触摸屏的画面采用PROTOOL软件编制。TP270触摸屏作为主要的人机界面，担负着显示和控制任务。主要功用:各个机床的急停信号(有的以消息形式输出，有的以报警形式输出)显示，伺服系统的位置坐标、速度、伺服系统报警、运动指令显示、速度倍率选择、启动/停止控制，机器人工作状态的显示。

　　通过机器人的示教器对ROBOT R-2000iB/165F机器人进行设置和示教。

　　3 FM357-2的结构特点

　　3.1 常用功能

　　伺服控制FM 357-2模块通过模拟量最多可以控制4个伺服轴，通过伺服控制FM 357-2模块自带的PROFIBUS DP接口，还可以控制带有PROFIBUS DP接口的伺服控制器，例如SIMODRIVE 611-U。能够实现同步轴或者独立轴方式。

　　伺服控制FM 357-2模块除了自身带有12个数字开关量输入和8个数字开关量输出，还可以通过P BUS再扩展4个输入输出模块。其中，最多可以分配给16数字开关量输入，16个数字开关量输出，以及8个模拟量输入，8个模拟量输出。

　　NC运动程序采用G代码编写，支持子程序调用功能，有利于运动代码复用，提高代码效率和可阅读性。

　　通过预先估计，95根工件的运动指令和跳转指令有2000行左右，伺服控制FM357_ 2模块可以存储这些指令。

　　3.2 接线

　　伺服控制FM 357-2模块X2连接器是一个50针的D型插头，可以向带有模拟接口的功率单元提供10V信号的速度信号，使用双芯屏蔽连接到伺服电机控制器的速度指令输入端-CN1播口的5脚和6脚。FM 357-2模块还为每一个工作轴提供一个双端的使能信号，使用普通导线将这个信号接至伺服电机控制器CN1插口的伺服ON-40脚。伺服控制FM 357-2模块X2连接器其他针脚用于向步进电机控制器提供脉冲信号。

　　伺服控制FM 357-2模块X3、X4、X5, X6连接器分别是巧针的D型插头，用于连接增量型编码器和绝对值编码器，增量型编码器要求是5V方波信号—符合RS422标准，在信号线长度1 OM的情况下，最大传输频率为1MHz，在信号线长度35M的情况下，最大传输频率为0.5MHz，用屏蔽电缆将3组编码器脉冲输入连接到伺服电机控制器PG分频输出端。

　　3.3 设置方法

　　伺服控制FM 357-2模块的安装过程和设置内容涉及较多，安装妥当后，通过伺服控制FM 357-2模块随机光盘安装相关软件。然后或者在线、或者离线完成伺服控制FM 357-2模块的设置和运动轨迹的程序编制。以下图2、图3分别是控制器数据设置页面、回零方式设置页面。

　　3.4 运动程序编制

　　2个伺服轴的运动程序的编制采用G代码的形式，按照实现的目的分类主要用到下列4种:开关量输入指令，开关量输出指令，运动指令，子循环程序指令。

　　*开关量输出指令:开关量采用直接输出的形式，例如:

　　N311 $A_ OUT[10]=1; FM357模块上的P BUS总线上的8位输入/l8位输出模块的输出bit 1位被置1

　　N312 $A_ OUT[ 11 ]=0; FM357模块上的Pes BUS总线上的8位输入I8位输出模块的输出bit2位被置0

　　*开关量输入指令:利用开关量输入点完成一些动作同步功能，例如等待提升机抱臂打开的行程开关信号，伺服控制FM357-2模块指令中没有等待命令，利用伺服控制FM357-2模块指令中的循环指令实现这个功能，例如:

　　N232 WHILE ($A_IN[17]==FALSE);WHILE循环等待$A_IN[17]开关量信号的输人

　　N233;

　　N234 ENDWHILE;等待手臂打开

　　*运动指令:本例中使用的运动程序都是直线运动，95根钢管的定位坐标是运动程序的核心，为了调试方便和语句简洁，定位坐标使用了伺服控制FM357-2模块中的R参数。R参数的个数默认值是100个，用户可以通过修改伺服控制FM357-2模块的设置，而修改R参数个数的默认值。本例使用了4个R参数存储第一根钢管的坐标值和相邻钢管之间的XY轴方向上的步进值，具体定义绘制在TP270触摸屏的页面上，方便用户参照使用，如图4所示:

　　R2:首层第一根钢管的X坐标值。

　　R3:首层第一根钢管的Y坐标值。

　　R6:钢管X轴间距值。

　　R7:钢管Y轴间距值。

　　4个R参数可以由用户通过触摸屏直接输入修改，适应钢管直径和间距的小范围的变化。在实际运动程序指令中使用R参数及其运算，实现X轴Y轴的定位，实例如下:

　　N320 G1 X=R2+R6 Y=R3 F18750; GOTO THE BAR 2 POSION

　　这是一个直线运动到首层第二根钢管位置的命令，运动速度命令是FI8750o

　　*子循环程序指令:将一些常用的运动指令编制为子程序，再定义一个简单明产的名字，最后将子程序保存在伺服控制FM357-2模块的NC Programs/Subprograms中。在NC ProgramslMain Programs中的主程序就可以调用这个子程序，例如:

　　N 1721 CLOSEARM;

　　这是在主程序中调用一个完成提升机抱臂关闭的子程序CLOSEARM。

　　4 控制手段

　　4.1 FLC+FM357与机器人控制方式

　　PLC+FM357与机器人之间的开关量控制信号采用中间继电器隔离。

　　出于防错和安全的考虑，设定了以下几个信号:

　　1.焊机原位+允许信号:利用焊机原有的焊机原位信号与一个手动允许信号在PLC内部相与运算之后，通过PLC传送给机器人，机器人在进人焊机区域时检测该信号，否则在区域外等候。

　　2.进入焊机区域+封锁信号:机器人在得到焊机原位十允许信号后，进人焊机工作区域，同时向PLC发出进人焊机区域+封锁信号，PLC利用这个信号封锁焊机的启动信号，防止焊机在机器人吊装工件时意外启动。

　　4.2 PLC+FM3}7与机器人信号交换(如图5)

　　图5 PLC+FM357与机器入信号交换

　　5 结束语

　　伺服控制FM357-2模块是5300系列PLC中唯一能够实现4轴伺服控制的模块，可以实现的功能多种多样。但在配置和调试过程中涉及的问题较多，需要在实践中多加注意。