第五章

智能制造單元控制模塊運行與調(diào)試第一節(jié)智能制造單元控制模塊通信架構(gòu)

一、

CHL-DS-11型智能制造單元總控模塊結(jié)構(gòu)及通信方式

本控制系統(tǒng)的核心是采用工業(yè)以太網(wǎng)將原有設(shè)備層、控制層、管理層的控制結(jié)構(gòu)扁平化，實現(xiàn)一網(wǎng)到底，多類型設(shè)備間的信息兼容和系統(tǒng)間的信息互換。圖5-1總控模塊控制邏輯圖

1.控制器與設(shè)備間的通信

總控模塊PLC_1通過ProfiNet協(xié)議，以遠(yuǎn)程I/O模塊的方式擴展自身的I/O端口，從而與立體倉儲模塊、CNC加工模塊、打磨模塊、成品分揀、執(zhí)行模塊之間進行信號交互，以自身的I/O端口與總控模塊的按鈕連接。

總控模塊PLC_2通過自身的I/O端口，直接與總控模塊的指示燈連接。

執(zhí)行單元PLC_3也通過自身的I/O端口與伺服驅(qū)動器進行連接。

機器人通過DeviceNet協(xié)議，以標(biāo)準(zhǔn)板卡的的I/O端口，實現(xiàn)對末端工具的控制。

2.控制器與控制器之間之間的通信

1）數(shù)控系統(tǒng)與PC通信

PC做信息采集需要與數(shù)控系統(tǒng)主機需要進行通信，通信協(xié)議為OPCUA協(xié)議。

2）數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC與總控模塊PLC通信PLC_1通過遠(yuǎn)程I/O模塊連接數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC實現(xiàn)通信，從而實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC對數(shù)控機床外設(shè)（防護門、夾具等）的控制及外設(shè)狀態(tài)反饋。

3）總控模塊PLC之間通信

PLC_1與PLC_2之間通過S7TCP協(xié)議實現(xiàn)通信，實現(xiàn)按鈕與指示燈的統(tǒng)一控制。

4）總控模塊PLC與PC通信

PLC_1通過ProfiNet協(xié)議與PC進行通信，用以在PC中搭建SCADA系統(tǒng)，對PLC中的變量及信號進行監(jiān)控。

5）機器人控制器與PLC通信

機器人控制器一方面通過DeviceNet協(xié)議拓展自身的I/O端口，以擴展I/O的形式與PLC_3之間進行通信；另一方面通過通過ProfiNet協(xié)議和PLC_1的遠(yuǎn)程I/O端口，實現(xiàn)機器人控制器與PLC_1通信。

6）機器人控制器與視覺檢測模塊控制器通信

工業(yè)機器人通過TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)與視覺檢測模塊控制器的數(shù)據(jù)交互，完成機器人控制器與視覺檢測模塊控制器的通信。

二、智能制造單元控制系統(tǒng)的通信接口1.總控模塊的兩個PLC（PLC_1、PLC_2），分別通過網(wǎng)線連接工業(yè)以太網(wǎng)口，以S7TCP協(xié)議完成兩PLC之間的通信。圖5-2PLC1與PLC2通信

圖5-3總控模塊PLC通信接口

2.執(zhí)行模塊通信接口

執(zhí)行單元主要包括三類通信接口：ProfiNet通信接口、TCP/IP通信接口和DeviceNet通信接口。

（1）ProfiNet通信接口

為執(zhí)行模塊外部ProfiNET通信接口。執(zhí)行單元中的遠(yuǎn)程I/O模塊相當(dāng)于總控單元PLC的觸角，主要為總控模塊PLC_1擴展I/O位，模塊網(wǎng)口（PNIN和PNOUT）直接或間接與總控單元PLC的ProfiNet網(wǎng)口相連，通過該網(wǎng)口與總控單元完成數(shù)據(jù)交互。

圖5-4執(zhí)行單元Profinet通信接口

（2）TCP/IP通信網(wǎng)口

圖5-5所示通信網(wǎng)口為TCP/IP通信網(wǎng)口，執(zhí)行單元的工業(yè)機器人通過該網(wǎng)口與視覺檢測模塊控制器行通信。

（3）DeviceNet通信接口

執(zhí)行模塊的機器人控制器除標(biāo)準(zhǔn)I/O板外，還以DeviceNet協(xié)議擴展了I/O模塊，以增加機器人控制器的輸入輸出點位。機器人控制器通過擴展I/O端口與PLC_3通信，PLC_3通過板載I/O控制伺服滑臺的伺服驅(qū)動器。

圖5-5執(zhí)行模塊控制器TCP/IP通信接口

3.CNC加工模塊通信接口CNC加工模塊主要包括兩類通信接口：ProfiNet網(wǎng)口和OPCUA通信接口。

圖5-6加工單元TCP/IP通信接口(1）ProfiNet通信接口

圖5-6所示為加工單元ProfiNet通信接口。加工單元中的遠(yuǎn)程I/O模塊主要為總控單元擴展I/O點位，網(wǎng)口（PNIN和PNOUT）直接或間接與總控模塊PLC_1的ProfiNeT網(wǎng)口相連。

（2）OPCUA通信接口

圖5-7所示為CNC加工模塊OPCUA通信接口。數(shù)控系統(tǒng)主機通過OPCUA通信接口與PC實現(xiàn)通信，以實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)對數(shù)控加工運行狀態(tài)的監(jiān)控。

圖5-7加工單元OPCUA通信接口

4.立體倉儲模塊、打磨模塊、成品分揀模塊通信接口

圖5-8所示為立體倉儲模塊、打磨模塊、成品分揀模塊ProfiNet通信接口?？偪啬KPLC_1通過ProfiNet通信協(xié)議，以總線型、環(huán)形或樹形等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式與立體倉儲模塊、打磨模塊、成品分揀模塊通信，各單元模塊均配置遠(yuǎn)程I/O模塊以接收和發(fā)出通信信號。

圖5-8倉儲、打磨、分揀單元通信接口

5.視覺檢測模塊通信接口

圖5-9所示為視覺檢測通信接口，該接口是TCP/IP通信接口，通過該通信接口完成與機器人控制器之間的通信，實現(xiàn)機器人控制器對視覺檢測模塊的控制以及視覺結(jié)果的回傳。

圖5-9視覺檢測模塊控制器通信接口第五章

智能制造單元控制模塊運行與調(diào)試第二節(jié)

PLC與工業(yè)機器人ModbusTCP通信

一、S7-1200PLC的ModbusTCP通信技術(shù)要點ModbusTCP是運行在TCP/IP上的Modbus傳輸協(xié)議。具有組網(wǎng)簡單，通信高效、穩(wěn)定的特點。通過此協(xié)議，控制器相互之間可以通過工業(yè)以太網(wǎng)和其他設(shè)備之間通信。1.系統(tǒng)硬件組態(tài)

西門子TIAPortal是一款集成工程組態(tài)和軟件項目的自動化軟件，軟件中工程項目建立后，需要先進行硬件組態(tài)，再進行編程等其他工作。對S7-1200PLC主/從站、變頻器、觸摸屏進行硬件組態(tài)，工業(yè)機器人單元和視覺識別單元無需硬件組態(tài)。2.IP地址設(shè)定TIAPortal可以非常方便的為項目中組態(tài)的各個硬件分配IP地址。名稱必須與硬件組態(tài)時的設(shè)備名稱一致?？梢韵仍O(shè)定主控PLC的IP地址為0，再設(shè)定工業(yè)機器人的IP為1。以及視覺識別單元的IP地址為2。注意要確保網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備地址必須統(tǒng)一網(wǎng)段內(nèi)。3.通信設(shè)備數(shù)據(jù)讀寫單元規(guī)劃ModbusTCP通信必須設(shè)計好通信設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫區(qū)域才能正確的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。總控PLC_1為通信中心，可以直接與任何下位機通信，而下位機之間的通信需要通過它來中轉(zhuǎn)。

二、硬件組態(tài)

1.新建項目

打開TIA博圖V16軟件，新建名為“PLC和機器人MODBUSTCP通信”的新項目，同時確定好保存路徑。

2.添加PLC硬件

在“SIMATICS7-1200”下拉菜單中選擇“CPU1215CDC/DC/DC",并確定訂貨號為“6ES7215-1AG40-0XB0”,固件版本選擇V4.2。操作見圖5-10所示。

3.設(shè)置IP地址

PLC添加后，雙擊PLC硬件圖上的以太網(wǎng)口，彈出“屬性”選項卡，選中左側(cè)的“以太網(wǎng)地址”欄，在右側(cè)輸入IP地址為0。操作見圖5-11所示。

4.設(shè)置系統(tǒng)存儲器位和時鐘儲存器位

雙擊PLC_1的“設(shè)備組態(tài)”，打開設(shè)備的設(shè)備視圖，依次選中“屬性—常規(guī)—系統(tǒng)和時鐘存儲器“，勾選”啟用系統(tǒng)存儲器字節(jié)“和”啟用時鐘存儲器字節(jié)“。操作見圖5-12所示。圖5-10添加控制器型號與訂貨號圖5-11添加控制器以太網(wǎng)地址圖5-12添加控制器系統(tǒng)存儲器位和時鐘存儲器位

三、通信程序編寫

1.創(chuàng)建MB_DATA_PTR通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

在PLC與機器人通過ModbusTCP協(xié)議通信時，需在PLC程序中創(chuàng)建專門的通信數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，即緩沖數(shù)據(jù)區(qū)。該數(shù)據(jù)塊用于PLC與機器人之間的數(shù)據(jù)傳輸，以保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與一致性。

（1）?數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的作用?緩沖數(shù)據(jù)區(qū)作為臨時存儲區(qū)域，用于存放從機器人讀取的數(shù)據(jù)或待發(fā)送給機器人的數(shù)據(jù)。借助緩沖區(qū)，PLC能夠確保通信過程中數(shù)據(jù)的完整性與一致性，避免數(shù)據(jù)丟失或出錯。

（2）?緩沖數(shù)據(jù)塊的配置步驟?在PLC程序中創(chuàng)建全局?jǐn)?shù)據(jù)塊（如DB5），用于存儲通信數(shù)據(jù)；定義數(shù)據(jù)塊中的變量類型（如BOOL、INT、DWORD等），以匹配機器人的數(shù)據(jù)格式；在ModbusTCP指令塊（如MB_CLIENT）中，通過MB_DATA_PTR參數(shù)指向緩沖數(shù)據(jù)塊的地址，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作。

（3）?緩沖數(shù)據(jù)塊的通信流程?PLC通過ModbusTCP請求從機器人讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將存儲在緩沖數(shù)據(jù)塊中；或PLC將緩沖數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)發(fā)送給機器人，從而實現(xiàn)雙向通信。

（4）緩沖數(shù)據(jù)塊設(shè)計方法

使用ModbusTCP通信指令前，需要先定義PLC內(nèi)部存儲區(qū)與工業(yè)機器人通信的緩沖數(shù)據(jù)區(qū)。該數(shù)據(jù)塊將包括PLC接收區(qū)和PLC發(fā)送區(qū)。單擊項目樹中“添加新塊”選項，選擇塊功能為“數(shù)據(jù)塊”，類型為“全局DB”，命名“PLC和機器人通信數(shù)據(jù)塊”。工業(yè)機器人與S7-1200PLC的ModbusTCP通信數(shù)據(jù)定義為整型變量。其中通道1～16為PLC接收工業(yè)機器人整型變量，通道17～32為發(fā)送工業(yè)機器人的整型變量。

選中項目樹中“PLC和機器人通信數(shù)據(jù)塊[DB1]“，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出右鍵菜單中選擇“屬性”欄，取消“優(yōu)化的塊訪問”復(fù)選框勾選。

編譯全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，生成各數(shù)據(jù)變量的絕對地址。

。

單擊項目樹中“添加新塊”選項，選擇塊功能為“數(shù)據(jù)塊”，類型為“全局DB”，命名“PLC和機器人通信數(shù)據(jù)塊”。見圖5-13所示。圖5-13添加“PLC和機器人通信數(shù)據(jù)塊”工業(yè)機器人與S7-1200PLC的ModbusTCP通信數(shù)據(jù)定義為整型變量。其中通道1～16為PLC接收工業(yè)機器人整型變量，通道17～32為發(fā)送工業(yè)機器人的整型變量。見圖5-14所示。圖5-14編輯“PLC和機器人通信數(shù)據(jù)塊”

選中項目樹中“PLC和機器人通信數(shù)據(jù)塊[DB1]“，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出右鍵菜單中選擇“屬性”欄，取消“優(yōu)化的塊訪問”復(fù)選框勾選。操作如圖5-15所示。圖5-15取消“優(yōu)化的塊訪問”復(fù)選框勾選

編譯全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，生成各數(shù)據(jù)變量的絕對地址。

圖5-16編譯“PLC和機器人通信數(shù)據(jù)塊”

2.創(chuàng)建機器人IP地址全局?jǐn)?shù)據(jù)塊

MB_CLIENT指令塊需要創(chuàng)建全局?jǐn)?shù)據(jù)塊來定義通信連接的相關(guān)參數(shù)，如服務(wù)器。IP地址、端口號等。創(chuàng)建全局?jǐn)?shù)據(jù)塊“機器人IP地址設(shè)定[DB2]’。圖5-17創(chuàng)建“機器人IP地址設(shè)定”數(shù)據(jù)塊引腳名稱定義數(shù)據(jù)類型設(shè)置值interfaceID硬件標(biāo)識符HW_ANY64ID連接IDCONN_OUC02ConnectionType連接類型BYTE16#0BActiveEstablished建立連接，BOOL1RemoteAddress遠(yuǎn)程地址IP_V4

ADDR服務(wù)器側(cè)的IP地址Array[1…4]ofByte1ADDR[1]IP地址1BYTE192ADDR[2]IP地址2BYTE168ADDR[3]IP地址3BYTE10ADDR[4]IP地址4BYTE11RemotePort遠(yuǎn)程端口號Uint502LocalPort本地端口號Uint0表5-1機器人IP地址設(shè)定引腳名稱、數(shù)據(jù)類型和設(shè)置值

3.通信指令塊調(diào)用

以S7-1200PLC作為Modbus客戶機，工業(yè)機器人作為Modbus服務(wù)器，調(diào)用MB_CLIENT指令實現(xiàn)對工業(yè)機器人數(shù)據(jù)的讀寫。

PLC讀取機器人數(shù)據(jù)，MB_MODE設(shè)為O，MB_DATA_ADDR設(shè)置為30001，MB_DATA_LEN設(shè)置為16，MB_DATA_PTR設(shè)置為“PLC和機器人通信數(shù)據(jù)塊“.”接收機器人數(shù)據(jù)通道1”，CONNECT設(shè)置為“機器人IP地址設(shè)定”.“l(fā)j”。

PLC寫入機器人數(shù)據(jù)，MB_MODE設(shè)為1，MB_DATA_ADDR設(shè)置為40001，MB_DATA_LEN設(shè)置為16，MB_DATA_PTR設(shè)置為“PLC和機器人通信數(shù)據(jù)塊“.”發(fā)送機器人數(shù)據(jù)通道1”，CONNECT設(shè)置為“機器人IP地址設(shè)定”.“l(fā)j”。圖5-18CLIENT指令讀操作圖5-19CLIENT指寫操作

注意事項：

MB_CLIENT指令要調(diào)用兩次，一次是讀取通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)工業(yè)機器人發(fā)送的數(shù)據(jù)（MB_MODE設(shè)為O),另一次是寫入數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)機器人(MB_MODE設(shè)為1)；

引腳MB_DATA_PTR設(shè)置為讀模式時，指向“接收機器人數(shù)據(jù)通道“的16個字,可以手動輸入”P#DB1.DBX0.0WORD16”，

引腳MB_DATA_PTR設(shè)置寫模式時，指向“發(fā)送機器人數(shù)據(jù)通道“的16個字?？梢允謩虞斎搿眕#DB1.DBX16.0WORD16”；

MB_DATA_ADDR引腳在讀模式時為30001，在寫模式時為40001。第五章

智能制造單元控制模塊運行與調(diào)試

第三節(jié)

PLC與工業(yè)機器人PROFINET通信

一、Profinet通信協(xié)議應(yīng)用

不同品牌的工業(yè)機器人與西門子PLC在PROFINET規(guī)范下的通信配置方法均有不同。ABB品牌工業(yè)機器人與S7-1200系列PLC的PROFINET通信協(xié)議有多重選項：

工業(yè)機器人作為設(shè)備端（在PROFINET總線中，特指從站），可以采用888-3PROFINETDevice和840-3PROFINETAnybusDevice選項。其中采用840-3PROFINETAnybusDevice選項時，工業(yè)機器人需要額外的硬件支撐，如DSQC688。

工業(yè)機器人即作為控制器，也充當(dāng)設(shè)備（在PROFINET總線中，特指主站），可以采用888-2PROFINETController//Device選項，這并不需要額外的硬件，控制器上的LAN3口和WAN端口可以直接使用。1.PROFINET通信協(xié)議的具體應(yīng)用（硬件組態(tài)）

（1）PLC硬件組態(tài)1）新建項目；2）添加PLC硬件，PLC型號“CPU1212CDC/DC/DC”，訂貨號為“6ES7212-1AE40-0XB0”；設(shè)置PLC的IP地址為0。（2）安裝文件工業(yè)機器人的GSDML文件

為了能正常與工業(yè)機器人進行PROFINET通信，TIA博圖V15軟件需要先安裝工業(yè)機器人支持PROFINET通信的GSDML文件。

單擊TIA博圖V15軟件菜單欄的“選項”，選項下的“管理通用站描述文件”，選中需要的工業(yè)機器人的GSDML文件進行安裝。圖5-20安裝ABB機器人GSDML文件

（3）組態(tài)ABB工業(yè)機器人PROFINETIO模塊1）在“網(wǎng)絡(luò)視圖”選項模式下，單擊右端的“硬件目錄”，選擇“其他現(xiàn)場設(shè)備”，單擊展開“PRIFINETIO”，將需要的圖標(biāo)拖動至“網(wǎng)絡(luò)視圖”的空白區(qū)。圖5-21ABB機器人PROFINETI/O模塊圖5-22將ABB機器人I/O模塊拖至網(wǎng)絡(luò)視圖

2）將PLC的以太網(wǎng)接口拖動至PROFINETIO模塊，使以太網(wǎng)接口形成PROFINET連接。圖5-23PLC的以太網(wǎng)口和機器人的以太網(wǎng)口相連接3）雙擊工業(yè)機器人PROFINETIO模塊的以太網(wǎng)接口，在下方會彈出“屬性”選項卡，選中左邊的“以太網(wǎng)地址”欄，顯示出IP地址。圖5-24設(shè)置機器人以太網(wǎng)口的IP地址

4）在“設(shè)備視圖”模式下，為ABB工業(yè)機器人PROFINETIO模塊添加發(fā)送數(shù)據(jù)通道DO8bytes（8字節(jié)）和接收數(shù)據(jù)通道DI8bytes（8字節(jié)。圖5-25設(shè)置機器人DO和DI通道2.工業(yè)機器人的Profinet通信配置可以分為以下幾個步驟：

（1）確保機器人和網(wǎng)絡(luò)連接

首先，確保機器人已經(jīng)與您的Profinet網(wǎng)絡(luò)連接。需要將機器人連接到您的網(wǎng)絡(luò)交換機或路由器，并分配一個有效的IP地址。

（2）配置機器人的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

進入機器人的配置界面，通常可以通過機器人的控制面板或者Web界面進行配置。在網(wǎng)絡(luò)配置中，設(shè)置機器人的IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)。確保IP地址在您的Profinet網(wǎng)絡(luò)的有效IP地址范圍內(nèi)，并且與其他設(shè)備在同一個子網(wǎng)。

（3）配置ProfinetIO設(shè)備

在您的Profinet網(wǎng)絡(luò)中添加和配置ProfinetIO設(shè)備，這些設(shè)備可以是傳感器、執(zhí)行器或其他與機器人通信的設(shè)備。設(shè)置每個設(shè)備的設(shè)備名稱和IP地址，以及相關(guān)的參數(shù)。

（4）配置機器人的Profinet通信模塊

進入機器人的配置界面，找到Profinet通信模塊的相關(guān)配置選項。配置機器人的Profinet通信模塊的IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)，確保與您的Profinet網(wǎng)絡(luò)的配置相匹配。

（5）進行通信測試

完成以上步驟后，您可以進行通信測試，確保機器人和Profinet網(wǎng)絡(luò)的通信正常。您可以發(fā)送一些命令或數(shù)據(jù)給機器人，然后檢查機器人是否正確接收和響應(yīng)。二、PLC與工業(yè)機器人Profinet通信調(diào)試

總控PLC與ABB工業(yè)機器人的PROFINET通信配置好后，需要進行通信調(diào)試，確保兩者通信正常。1.調(diào)試目標(biāo)1）PLC發(fā)送數(shù)據(jù)，檢測到ABB工業(yè)機器人接收到的輸入數(shù)據(jù)與其保持一致。2）工業(yè)機器人發(fā)送數(shù)據(jù)，檢測到PLC接受的數(shù)據(jù)與其保持一致。3）多次測試，信號交互均準(zhǔn)確無誤。

2.調(diào)試步驟1）確認(rèn)硬件連接

確保PLC和工業(yè)機器人之間的Profinet物理連接正確并可靠。檢查Profinet網(wǎng)絡(luò)線纜、接口模塊等連接是否齊全、固定，并確保PLC和機器人分別連接到正確的網(wǎng)絡(luò)端口。2）配置PLC和機器人

在PLC和機器人的配置軟件中進行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)配置。對于PLC，設(shè)置PLC的Profinet通信模塊的參數(shù)，如IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等。對于機器人，配置機器人的Profinet通信模塊的參數(shù)，保證與PLC的網(wǎng)絡(luò)配置相匹配。確保PLC和機器人在同一個子網(wǎng)下。3）設(shè)置數(shù)據(jù)交換和通信參數(shù)

在PLC和機器人的配置軟件中設(shè)置數(shù)據(jù)交換和通訊參數(shù)。根據(jù)需要配置輸入輸出數(shù)據(jù)的映射，確保PLC和機器人之間正確地交換數(shù)據(jù)。4）進行通信測試

根據(jù)PLC和機器人的配置軟件提供的工具，進行通信測試?？梢园l(fā)送一些簡單的指令或數(shù)據(jù)，檢查PLC是否正確接收和響應(yīng)，機器人是否根據(jù)指令執(zhí)行相應(yīng)操作?？梢酝ㄟ^監(jiān)視Profinet通信模塊的狀態(tài)和數(shù)據(jù)交換情況，來判斷通信是否正常。第五章

智能制造單元控制模塊運行與調(diào)試

第四節(jié)

控制模塊PLC與CNC加工模塊內(nèi)置PLC通信一、西門子828D數(shù)控系統(tǒng)

西門子828D數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司針對機床行業(yè)開發(fā)的一種高性能數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備先進的控制和運動技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種機床設(shè)備，如銑床、車床、鏜床、磨床等。1.西門子828D數(shù)控系統(tǒng)的主要特點和功能

（1）強大的控制性能828D數(shù)控系統(tǒng)采用了多核處理器和高速數(shù)字信號處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、精確的運動控制，提供卓越的加工精度和穩(wěn)定性。

（2）多通道控制

支持多個軸和多個通道的同時控制，同時可以進行復(fù)雜的軸間同步運動控制。

（3）全圖形化操作界面828D數(shù)控系統(tǒng)提供了直觀、友好的圖形化操作界面，操作簡便，便于操作人員快速上手。支持觸摸屏，提供豐富的圖形化和文字化操作元素。

（4）豐富的加工功能828D數(shù)控系統(tǒng)具備各種高級加工功能，如高速銑削、螺旋插補、刀具半徑補償、刀具長度補償、切削力優(yōu)化等，能夠滿足復(fù)雜工件的加工要求。

（5）網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)交換828D數(shù)控系統(tǒng)支持與上位機、MES系統(tǒng)和其他外部設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接，可以進行數(shù)據(jù)交換、參數(shù)傳遞和遠(yuǎn)程監(jiān)控，實現(xiàn)智能化制造。

西門子828D數(shù)控系統(tǒng)以其先進的控制技術(shù)、多功能性和可靠性，成為機床行業(yè)的一種主流選擇，為用戶提供高效、精確和可定制的機床加工解決方案。2.西門子828D數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置基本步驟(1）連接硬件

首先確保數(shù)控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)之間的物理連接正常，包括以太網(wǎng)線纜插入數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口，以及連接到網(wǎng)絡(luò)或交換機的接口。(2）進入設(shè)置界面

打開數(shù)控系統(tǒng)的操作界面，通常會進入主菜單界面。您需要有相應(yīng)的權(quán)限才能進入網(wǎng)絡(luò)設(shè)置界面，如系統(tǒng)管理權(quán)限。(3）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置界面，您可以配置IP地址。IP地址是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC在局域網(wǎng)中的唯一標(biāo)識符，包括IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)等。(4）驗證網(wǎng)絡(luò)連接

完成網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置后，可以進行網(wǎng)絡(luò)連接的測試，以確保數(shù)控系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接正常。先確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)連接是否達(dá)到正常狀態(tài)，例如通過網(wǎng)絡(luò)交換機的指示燈（通常為綠色）。其次，可以嘗試使用其他設(shè)備（如計算機）通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)控系統(tǒng)的控制界面，測試數(shù)控系統(tǒng)的IP地址是否可以正常通信。

3.西門子828D數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置具體操作

（1）連接硬件

確保數(shù)控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)之間的物理連接正常，包括以太網(wǎng)線纜插入數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口。（2）進入設(shè)置界面

打開數(shù)控系統(tǒng)的操作界面，通常會進入主菜單界面。在828DCNC系統(tǒng)操作面板上，通過

按鈕調(diào)出CNC系統(tǒng)“網(wǎng)絡(luò)”選項調(diào)試界面，828DCNC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口有X130和X127。圖5-26進入數(shù)控系統(tǒng)主菜單圖5-27X130接口IP地址

（3）IP地址設(shè)置

單擊圖5-28的“公司網(wǎng)絡(luò)”選項，即可對X130網(wǎng)口的IP地址進行修改，注意IP地址要與PLC網(wǎng)址同一網(wǎng)段。調(diào)試注意勾選S7通信協(xié)議。圖5-29勾選S7通訊

圖5-28修改CNC系統(tǒng)IP地址

四、S7-1200PLC與西門子CNC機床通信程序設(shè)計與調(diào)試1.S7-1200PLC與西門子CNC機床建立通信步驟：（1）硬件準(zhǔn)備

確保S7-1200PLC與CNC機床有可用的通信接口，例如以太網(wǎng)接口或串口。確保通信線纜和連接正常。（2）PLC編程

使用編程軟件對S7-1200PLC進行編程。根據(jù)CNC機床的通信規(guī)約，編寫PLC程序來建立與CNC機床的通信。（3）建立通信連接

在PLC程序中，使用合適的通信模塊或函數(shù)塊來與CNC機床建立連接。根據(jù)CNC機床的通信規(guī)約，選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ欧绞讲⑴渲孟鄳?yīng)的參數(shù)。

（4）數(shù)據(jù)交換

在PLC程序中，定義需要與CNC機床進行數(shù)據(jù)交換的變量。根據(jù)通信規(guī)約，設(shè)置正確的數(shù)據(jù)類型和地址，確保PLC與CNC機床之間可以正確地傳遞數(shù)據(jù)。

（5）調(diào)試和測試

將PLC和CNC機床連接好，并上電運行。通過監(jiān)視PLC程序的執(zhí)行和響應(yīng)，確保通信正常，并且PLC能夠正確地發(fā)送和接收CNC機床的數(shù)據(jù)。

（6）故障排除

如果通信中遇到問題，可以通過調(diào)試工具和日志等方式來診斷和排除故障。檢查硬件連接、通信設(shè)置是否正確，并確認(rèn)PLC和CNC機床之間的通信配置一致。

（7）驗證和優(yōu)化

確保通信程序正常工作后，可以進行功能驗證和性能優(yōu)化。根據(jù)實際需要，調(diào)整通信頻率、數(shù)據(jù)傳輸方式和數(shù)據(jù)量等參數(shù)，以提高通信效率和穩(wěn)定性。

2.S7-1200PLC與西門子CNC機床建立通信示例

（1）新建項目；（2）添加PLC模塊，PLC型號為CPU1212CDC/DC/DC，并確定訂貨號為“6ES7212-1AE40-0XB0”,固件版本選擇V4.2。

（3）組態(tài)S7通信協(xié)議

在項目樹中單擊進入“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”，單擊上側(cè)的“連接”，并將連接形式切換至S7連接。接著選中剛添加的PLC，單擊鼠標(biāo)右鍵，在右鍵菜單中選擇“添加新連接”。圖5-30建立S7通信連接

在創(chuàng)建新連接對話框中，設(shè)定S7連接的ID為100（十六進制），然后單擊[添加]按鈕。圖5-31添加新連接

展開“網(wǎng)絡(luò)視圖”，切換至“連接”選項卡，單擊選中剛建立的S7連接，巡視窗口中切換為“常規(guī)”，將828D的網(wǎng)絡(luò)IP填入“伙伴”的地址欄。圖5-32設(shè)置西門子828D數(shù)控系統(tǒng)的IP地址

切換至“地址詳細(xì)信息”，將通信伙伴828D的機架插槽設(shè)為0、2。圖5-33設(shè)置機架插槽

將PUT指令拖入Main（OB1）的編輯區(qū)，單擊PUT指令塊上的組態(tài)塊參數(shù)，將PLC中M10.0起始的2個字（即MW10和MW12），送到CNC系統(tǒng)內(nèi)置PLC的M40.0起始的2個字（MW40和MW42）。圖5-34PUT指令參數(shù)組態(tài)

PUT指令將PLCMW10和MW12的數(shù)據(jù)寫入CNC系統(tǒng)內(nèi)置PLC的MW40和MW42。圖5-35PUT指令寫入數(shù)據(jù)

GET用來讀取從CNC系統(tǒng)內(nèi)置PLC的數(shù)據(jù)并傳給S7-1200PLC。將GET指令拖入Main（OB1）的編輯區(qū)，單擊GET指令塊的組態(tài)塊參數(shù)，讀取CNC系統(tǒng)內(nèi)置PLCM40.0起始的2個字（MW40和MW42），并傳送給PLC的M20.0起始的2個字（即MW120和MW22）。圖5-36GET指令參數(shù)組態(tài)

GET指令將CNC系統(tǒng)內(nèi)置PLCMW40和MW42的數(shù)據(jù)讀出并傳送給S7-1200PLC的MW20和MW22。圖5-37GET指令讀出數(shù)據(jù)

5.程序下載與調(diào)試

將用戶程序編譯無誤后下載至PLC硬件，開始測試通信數(shù)據(jù)。在PLC中創(chuàng)建監(jiān)控表以監(jiān)控PLC的發(fā)送數(shù)據(jù)MW10和MW12的數(shù)值，同時觀察西門子828D銑床中數(shù)據(jù)MW40和MW42的值。PLC再讀取828D中MW40和MW42的數(shù)值，存儲在PLC的變量MW20和MW22中，通過PLC運行程序，上述操作能夠?qū)崿F(xiàn)，則表明S7-1200PLC與CNC系統(tǒng)內(nèi)置PLC的S7通信正常。第五章

智能制造單元控制模塊運行與調(diào)試第五節(jié)智能制造單元PLC伺服運動控制

一、S7-1200PLC的運動控制方式

S7-1200PLC運動控制根據(jù)連接驅(qū)動方式不同，分成三種控制方式：1.PROFIdrive控制方式：S7-1200PLC的PROFIdrive控制是基于PROFIBUS/PROFINET的PROFIdrive方式與支持PROFIdrive的驅(qū)動器連接，進行運動的控制。PROFIdrive控制通過PROFIBUSDP和PROFINETIO連接驅(qū)動裝置和編碼器的標(biāo)準(zhǔn)化驅(qū)動技術(shù)配置文件。支持PROFIdrive配置文件的驅(qū)動裝置都可根據(jù)PROFIdrive消息幀進行通信。每個消息幀都有一個標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)?？筛鶕?jù)具體應(yīng)用，選擇相應(yīng)的消息幀。通過PROFIdrive消息幀，可傳輸控制字、狀態(tài)字、設(shè)定值和實際值。該控制方式可以實現(xiàn)閉環(huán)控制。

注：固件V4.1開始的S7-1200CPU才具有PROFIdrive的控制方式。2.PTO控制方式S7-1200PLC的PTO控制是通過發(fā)送PTO脈沖的方式進行控制驅(qū)動器，它可以是脈沖+方向、A/B正交、也可以是正/反脈沖的方式。PTO控制方式是目前為止所有版本的S7-1200CPU都有的控制方式，該控制方式由CPU向軸驅(qū)動器發(fā)送高速脈沖信號（以及方向信號）來控制軸的運行。該控制方式是開環(huán)控制。

目前為止，1個S7-1200PLC最多可以控制4個PTO軸，該數(shù)值不能擴展。3.模擬量控制方式S7-1200PLC通過輸出模擬量來控制驅(qū)動器。固件V4.1開始的S7-1200PLC的另一種運動控制方式便是模擬量控制方式。以CPU1215C為例，本機集成了2個AO點，如果用戶只需要1或2軸的控制，則不需要擴展模擬量模塊。然而，CPU1214C這樣的CPU，本機沒有集成AO點，如果用戶想采用模擬量控制方式，則需要擴展模擬量模塊。模擬量控制方式也是一種閉環(huán)控制方式，編碼器信號有3種方式，反饋到S7-1200CPU中。

二、伺服電動機與伺服驅(qū)動器

伺服電動機和伺服驅(qū)動器是伺服系統(tǒng)中的兩個主要組成部分，伺服電動機作為動力源，伺服驅(qū)動器則控制電機的轉(zhuǎn)速、位置、力矩等參數(shù)。

伺服電機主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自傳現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而均速下降。

1.伺服電動機

伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣就能夠很精確地控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確地定位，可以達(dá)到0.001mm。直流伺服電機分為有刷和無刷電機。

交流伺服電機的功率范圍大，可以做到很大的功率；大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應(yīng)用。

伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度。2.伺服驅(qū)動器

伺服驅(qū)動器是伺服系統(tǒng)中的控制器，負(fù)責(zé)將控制信號轉(zhuǎn)化為電機的控制信號，控制電機的轉(zhuǎn)速、位置、力矩等參數(shù)。伺服驅(qū)動器通常包含了信號采集、信號處理、功率放大等模塊，可以實現(xiàn)對電機的精確控制，并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在選擇伺服電機和伺服驅(qū)動器時，需要考慮電機的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以及控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度、精度、穩(wěn)定性等指標(biāo)，以保證系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。此外，伺服電機和伺服驅(qū)動器也有不同的類型，常見的包括：

交流伺服電機和驅(qū)動器：交流伺服電機和驅(qū)動器通常采用三相交流電源供電，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、功率密度大等特點。其中，伺服驅(qū)動器通常包括位置控制、速度控制、力矩控制等模塊，可以根據(jù)需要進行配置。

步進伺服電機和驅(qū)動器：步進伺服電機和驅(qū)動器通常采用開環(huán)控制方式，具有控制簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)速度快等特點。其中，伺服驅(qū)動器通常包括步進電機控制、位置控制、速度控制等模塊，可以根據(jù)需要進行配置。

三、伺服軸的運動控制指令1.MC_Home指令MC_Home指令為回原點指令?！霸c”也可以叫作“參考點”，“回原點”的作用是：把軸實際的機械位置和S7-1200PLC程序中軸的位置坐標(biāo)統(tǒng)一，以進行絕對位置定位。一般情況下，西門子PLC的運動控制在使能絕對位置定位之前必須執(zhí)行“回原點”動作。而使用MC_Home指令前，必須先啟用軸。MC_Home指令塊符號如圖5-38所示。部分引腳參數(shù)定義見表5-6所示。

圖5-38MC_Home指令塊引腳參數(shù)參數(shù)含義Axis已組態(tài)好的工藝對象的名稱。Execute在出現(xiàn)上升沿時啟動該指令塊，數(shù)據(jù)類型為布爾量。PositionModeMode為0，絕對式直接回原點，軸的新位置值為參數(shù)Position的值；Mode為1，相對式直接回原點，軸的新位置值為參數(shù)Position的值；Mode為2，被動回原點，軸的新位置值為當(dāng)前軸位置值加參數(shù)Position；Mode為3，主動回原點，按照軸組態(tài)進行參考點逼近，參數(shù)Position的值被設(shè)置為新的軸位置值。表5-2MC_Home指令塊部分引腳定義2.MC_Home指令中的回原點模式相關(guān)參數(shù)設(shè)置MC_Home指令中的回原點模式相關(guān)參數(shù)需要在軸工藝對象組態(tài)中設(shè)置。

軸工藝對象組態(tài)中的“擴展參數(shù)——回原點”分成“主動”和“被動”兩部分參數(shù)。其主要功能是使軸歸位，設(shè)置參考點，將伺服軸的坐標(biāo)與實際物理驅(qū)動器位置匹配。1.主動回原點

（1）輸入原點開關(guān)

設(shè)置原點開關(guān)的DI輸入點。

（2）選擇電平

選擇原點開關(guān)的有效電平，也就是當(dāng)軸碰到原點開關(guān)時，該原點開關(guān)對應(yīng)的DI點是高電平還是低電平。

（3）允許硬限位開關(guān)處自動反轉(zhuǎn)

如果軸在回原點的一個方向上沒有碰到原點，則需要勾選該選項，這樣軸可以自動調(diào)頭，向反方向繼續(xù)尋找原點。

（4）逼近/回原點方向

尋找原點的起始方向，也就是說觸發(fā)了尋找原點功能后，軸是向“正方向”或是“負(fù)方向”開始尋找原點，如果知道軸和參考點的相對位置，可以合理設(shè)置“逼近/回原點方向”來縮短回原點的路徑。例如軸當(dāng)前在參考點負(fù)方向側(cè)，選擇負(fù)方向回原點，則軸會先移動至左邊的限位開關(guān)后掉頭繼續(xù)向正方向?qū)ふ以c。

（5）參考點開關(guān)一側(cè)

是指軸回原點結(jié)束后其位置與原點開關(guān)的相對位置：上側(cè)是軸完成回原點指令后，以軸的左邊沿停在參考點開關(guān)右側(cè)邊沿；下側(cè)是指軸完成回原點指令后，以軸的右邊沿停在參考點開關(guān)左側(cè)邊沿。（6）逼近速度

尋找原點開關(guān)的起始速度。當(dāng)程序中觸發(fā)了MC_Home指令后，軸立即以“逼近速度”運行來尋找原點開關(guān)。（7）回原點速度

最終接近原點開關(guān)的速度。當(dāng)程序中觸發(fā)了MC_Home指令后，軸立即以“逼近速度”運行來尋找原點開關(guān)。當(dāng)軸碰到原點開關(guān)的有效邊沿后軸從“逼近速度”切換到“回原點速度”來最終完成原點定位?！盎卦c速度”和“逼近速度”都不宜設(shè)置過高，且“回原點速度”要小于“逼近速度”。（8）起始位置偏移量

該值不為零時，軸會在距離原點開關(guān)一段距離（該距離值就是偏移量）停下來，把該位置標(biāo)記為原點位置值。該值為零時，軸會停在原點開關(guān)邊沿處。（9）參考點位置

該值就是（8）中的原點位置值，也就是MC_Home指令中設(shè)置的位置值。圖5-39主動回原點組態(tài)界面2.被動回原點

被動回原點指的是軸在運行過程中碰到原點開關(guān)，軸的當(dāng)前位置將設(shè)置為回原點位置值。被動回原點不需要軸不執(zhí)行其他指令而專門執(zhí)行主動回原點功能，而是軸在執(zhí)行其他運動的過程中完成回原點的功能。被動回原點的相關(guān)參數(shù)設(shè)置與主動回原點參數(shù)設(shè)置類似。被動回原點功能的實現(xiàn)需要MC_Home指令與MC_MoveRelative（軸的相對運動）指令，或MC_MoveAbsolute（軸的絕對運動）指令，或MC_MoveJog指令聯(lián)合使用。圖5-40被動回原點組態(tài)3.MC_MoveAbsolute指令MC_MoveAbsolute指令為軸的絕對運動指令。其功能是使軸以某一速度進行絕對位置定位。MC_MoveAbsolute指令塊部分引腳參數(shù)定義見表5-3。圖5-41MC_MoveAbsolute指令塊表5-3MC_MoveAbsolute指令塊部分引腳參數(shù)定義引腳參數(shù)定義Axis已組態(tài)好的工藝對象的名稱Execute在出現(xiàn)上升沿時啟動該指令塊，數(shù)據(jù)類型為布爾量PositionVelocity

3.MC_Reset指令MC_Reset指令為軸的故確認(rèn)指令，用來確認(rèn)“伴隨軸停止出現(xiàn)的運行錯誤”和“組態(tài)錯誤”，所有的運動控制錯誤都能被復(fù)位，其指令塊如圖5-42所示。引腳Axis為已組態(tài)好的軸工藝對象名稱。引腳Execute在出現(xiàn)上升沿時開始執(zhí)行該指令。輸出引腳Done為True時才代表該指令正確執(zhí)行。圖5-42MC_Reset指令塊

4.MC_Halt指令MC_Halt指令為暫停軸指令，調(diào)用此指令時將停止所有運動并以組態(tài)的減速度停止軸。MC_Halt指令引腳參數(shù)定義與MC_Reset指令引腳參數(shù)定義相同。圖5-43MC_Halt指令塊四、伺服軸絕對定位控制程序編寫

1.建立伺服軸

在項目樹中PLC的工藝對象下添加一個伺服軸工藝對象，單擊新增對象，在彈出的新增對象對話框里面，選中“運動控制”欄，在右側(cè)的分類選項中選擇“T0_PositionAxis”,單擊“確定”按鈕。

這里論述一遍PLC伺服軸工藝對象的配置。圖5-44建立伺服軸

基本參數(shù)—驅(qū)動器組態(tài)脈沖發(fā)生器和驅(qū)動器使能與反饋，如圖5-45所示。

脈沖發(fā)生器選擇Pulse_1，信號類型選擇“PTO（脈沖A和方向B）”，并關(guān)聯(lián)“脈沖輸出”與“方向輸出”的信號，“脈沖輸出”選擇Q0.0，“方向輸出”選擇Q0.1。圖5-45基本參數(shù)—常規(guī)參數(shù)組態(tài)

擴展參數(shù)—機械組態(tài)驅(qū)動器的機械屬性，電機每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)位1310個（電子齒輪比選擇100，伺服電動機編碼器的分辨率為131072ppr。圖5-46擴展參數(shù)—機械參數(shù)組態(tài)擴展參數(shù)—位置限制組態(tài)伺服軸的“硬和軟限位開關(guān)"，勾選“啟用硬限位開關(guān)”，硬件下限位開關(guān)輸入I0.2,硬件上限位開關(guān)輸入I0.2,下限位置和上限位置為-1000和1000mm。圖5-47擴展參數(shù)—位置限制參數(shù)組態(tài)

動態(tài)-常規(guī)組態(tài)伺服軸“速度限值單位”、“最大轉(zhuǎn)速”、“啟動/停止速度”、“加速度”和“減速度”等運動參數(shù)?！八俣认拗祮挝弧边x擇mm/s,“最大轉(zhuǎn)速”設(shè)定50mm/s,“啟動/停止速度”設(shè)定5mm/s,“加速度”和“減速度"設(shè)定為90mm/s2。圖5-48動態(tài)-常規(guī)參數(shù)組態(tài)動態(tài)-急停組態(tài)軸的急停參數(shù)，包括“最大轉(zhuǎn)速”、“啟動/停止速度”、“緊急減速度”、“急停減速時間”等?！白畲筠D(zhuǎn)速”設(shè)定為50mm/s,“啟動/停止速度”設(shè)定為5mm/s,“緊急減速度”設(shè)定為90mm/s、“急停減速時間”設(shè)定為0.5s。出現(xiàn)錯誤或者禁用軸時，通過運動控制指令“MC_Power"(輸入?yún)?shù)Stop-Mode=0或2)使用該減速度將軸制動至停止?fàn)顟B(tài)。圖5-49動態(tài)-急停組態(tài)

回原點-主動組態(tài)主動回原點所需的參數(shù)，如圖5-50所示。當(dāng)運動控制指令“MCHome"的輸人參數(shù)“Mode”=3時，會啟動主動回原點。

在智能制造單元中，上下限位和原點開關(guān)的高低電平有效是相反的，原點開關(guān)是高電平有效，上下限位則是低電平有效，這是根據(jù)接線來判斷的。因為智能制造單元的原點開關(guān)與上下限位開關(guān)靠近，所以絕大部分位置相對于原點而言處于正方向。由于在絕大部分情況下是從正方向往負(fù)方向通近原點的，因此“接近/回原點方向”為負(fù)方向。

勾選“允許硬限位開關(guān)處自動反轉(zhuǎn)”復(fù)選框。伺服電動機回原點過程中，觸碰到原點開關(guān)時，減速到停止，反轉(zhuǎn)尋找原點。

“接近速度“設(shè)定為10mm/s”，回原點速度“設(shè)定為5mm/s”，”原點位置偏移量”設(shè)定為0mm。

圖4-50回原點-主動參數(shù)組態(tài)3.軸的絕對定位程序設(shè)計

調(diào)用MC_MoveAbsolute指令進行軸的絕對定位程序編寫,由于MC_MoveAbsolute使用的位置和速度數(shù)據(jù)必須為浮點型，因此當(dāng)外界輸入的目標(biāo)位置和速度數(shù)據(jù)為整型時，則需要利用CONV函數(shù)進行數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換。

為了使伺服軸移動到給定的目標(biāo)位置，需要獲取伺服軸的實時位置以便與目標(biāo)位置進行比較。采用MOVE指令，將軸_1的實際位置轉(zhuǎn)存到MD128變量。

調(diào)用MC_MoveAbsolute指令，Axis引腳選定為組態(tài)好的工藝軸“軸_1”。Execute引腳用“軸啟動信號”M100.0開關(guān)量和1Hz的時鐘存儲器觸發(fā)。當(dāng)指定的伺服目標(biāo)位置和軸當(dāng)前實際位置不一致時，“軸啟動信號”M100.0將始終置位為1，從而MC_MoveAbsolute保持觸發(fā)直至實際位置和目標(biāo)位置相等。

為了保證伺服軸各種工況下的安全，調(diào)用MC_Halt指令使軸能夠緊急停止，M80.3設(shè)定為MC_Halt觸發(fā)的開關(guān)量。（1）啟用軸

調(diào)用MC_Power啟用伺服軸，輸入?yún)?shù)“Axis”輸入組態(tài)的名字—“伺服軸”；“Enable”設(shè)為1，啟用伺服軸。圖5-51啟用伺服軸（2）伺服軸回原點為了使用伺服軸的絕對定位指令MC_MoveAbsolute，需要先使伺服軸回歸原點。因此調(diào)用MC_Home驅(qū)動軸回歸原點。由于伺服軸只需要完成一次回原點動作，多次回原點動作可能會讓軸的累積誤差過大從而超出限制位。因此在MC_Home指令塊的“Done”引腳用M60.1進行標(biāo)記，當(dāng)回原點完成后，M60.1瞬間變?yōu)?，使M60.1線圈通電自鎖并通過其常閉觸點關(guān)切斷MC_Home指令的再次調(diào)用。圖5-52MC_Home指令調(diào)用

(3)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

當(dāng)輸入的目標(biāo)位置和速度數(shù)據(jù)為整型時，需要利用CONV函數(shù)進行數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換。目標(biāo)位置MW100和指定速度MW102分別轉(zhuǎn)化為浮點型數(shù)據(jù)MD160、MD164。圖5-53伺服位置和速度數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為了使伺服軸移動到給定的目標(biāo)位置，需要獲取伺服軸的實時位置以便與目標(biāo)位置進行比較。采用MOV指令，將軸_1的實際位置轉(zhuǎn)存到伺服當(dāng)前位置變量MD168。圖5-54MOVE指令調(diào)用（4）調(diào)用MC_MoveAbsolute指令

Execute引腳用軸啟動信號M100.0開關(guān)量和1Hz的時鐘存儲器觸發(fā)，如圖5-55所示。

當(dāng)指定的伺服目標(biāo)位置和軸當(dāng)前實際位置不一致時，“軸啟動信號”M100.0將始終置位為1，從而使MC_MoveAbsolute保持觸發(fā)直至實際位置和目標(biāo)位置相等。圖5-55MC_MoveAbsolute指令調(diào)用

（5）伺服軸緊急停止指令MC_Halt為了保證伺服軸各種工況下的安全，調(diào)用MC_Halt指令使軸能夠緊急停止，M80.3設(shè)定為MC_Halt觸發(fā)的開關(guān)量。

圖5-56MC_Halt指令調(diào)用（6)伺服軸的故障清錯當(dāng)軸發(fā)生錯誤時，調(diào)用MC_Reset指令進行故障清錯，錯誤清除后才能重新運行。M80.2設(shè)定為MC_Reset指令觸發(fā)的開關(guān)量。圖5-57MC_Reset指令實現(xiàn)伺服軸復(fù)位第五章

智能制造單元控制模塊運行與調(diào)試第六節(jié)智能制造單元RFID芯片讀寫控制RFID（RadioFrequencyIdentification）是一種無線通信技術(shù)，可用于實現(xiàn)物品的自動識別和追蹤。其工作原理是通過電磁場相互感應(yīng)來實現(xiàn)信息傳輸，由標(biāo)簽和讀寫器兩部分組成。一、RFID的讀寫過程1.發(fā)送信號：讀寫器向周圍發(fā)送一個特定的信號。2.接收信號：當(dāng)RFID標(biāo)簽出讀寫器的電磁場范圍時，它會接收到讀寫器發(fā)出的信號。3.識別標(biāo)簽：RFID標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)出的信號后，會將存儲在標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)進行解碼，并將其返回給讀寫器。4.處理數(shù)據(jù)：讀寫器接收到標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)后，會對其進行處理，并根據(jù)需要將其存儲到數(shù)據(jù)庫中。5.控制操作：讀寫器還可以根據(jù)需求控制RFID標(biāo)簽的操作，如鎖定、解鎖等。需要注意的是，RFID的讀寫距離取決于標(biāo)簽類型和讀寫器功率等因素。二、RFID讀寫信號

根據(jù)任務(wù)要求，工業(yè)機器人攜帶RFID讀寫器運動至RFID標(biāo)簽的讀寫區(qū)間時，工業(yè)機器人將會給總控PLC發(fā)送請求讀寫RFID信息的信號。如M19.1表示為寫入信號，M19.2表示為讀取信號。1.RFID芯片的讀寫控制的硬件配置

智能制造單元中實現(xiàn)RFID芯片的讀寫控制的硬件配置包括以下組成部分：

（1)RFID讀寫器

選擇適合應(yīng)用需求的RFID讀寫器。RFID讀寫器能夠通過無線射頻信號進行與芯片的通信，讀取和寫入芯片的數(shù)據(jù)。

（2)RFID天線RFID讀寫器通過連接到RFID天線與芯片進行通信。RFID天線負(fù)責(zé)接收和發(fā)送無線射頻信號，實現(xiàn)與芯片之間的數(shù)據(jù)交換。

（3)RFID芯片

根據(jù)您的應(yīng)用需求選擇合適的RFID芯片。芯片內(nèi)部存儲著數(shù)據(jù)，并能夠與RFID讀寫器進行通信，實現(xiàn)讀取和寫入數(shù)據(jù)的操作。三、硬件組態(tài)

（4)控制單元

如PLC、微控制器或單片機等用于控制整個系統(tǒng)的設(shè)備。控制單元負(fù)責(zé)與RFID讀寫器進行通信，并根據(jù)需求發(fā)送讀取和寫入指令。

（5)連接線

用于連接各個硬件組件之間的電纜或線纜。例如，將RFID讀寫器與RFID天線連接、將讀寫器與控制單元連接等。確保連接線的質(zhì)量和連接正確性。

（6)供電電源

為各個硬件組件提供電源，以使它們正常工作。根據(jù)具體的硬件要求，選擇合適的電源類型和電源適配器。

四、RFID芯片的讀寫控制操作流程1.新建項目；2.添加PLC及其擴展通信模塊

PLC型號“SIMATICS7-1200CPU1215CDC/DC/DC”，訂貨號為“6ES7215-1AG40-0XB0”，固件版本選擇V4.2。3.雙擊添加好的PLC硬件，進入設(shè)備視圖，依次展開“硬件目錄—通信模塊—點到點”，選中“CM1241（RS422/485）”（訂貨號“6ES7241-1CH32-0XB0”）將其拖動至PLC左側(cè)101號插槽內(nèi)，如圖5-58所示。圖5-58添加CM1241模塊4.設(shè)置系統(tǒng)存儲器字節(jié)

雙擊PLC硬件，進入設(shè)備視圖，在“屬性-常規(guī)”選項卡下，選中“脈沖發(fā)生器”，再選中“系統(tǒng)和時鐘存儲器”，然后在右側(cè)勾選“啟用系統(tǒng)存儲器字節(jié)”，如圖5-59所示。圖5-59設(shè)置系統(tǒng)存儲器字節(jié)

5.CM1241端口組態(tài)

在“設(shè)備視圖”窗口，雙擊左側(cè)CM1241模塊的串口，進入屬性設(shè)置，選中“常規(guī)”選項卡下的“端口組態(tài)”，在右側(cè)的操作模式下選擇“半雙工”（RS485）2線制模式，如圖5-60所示。圖5-60CM1241模塊端口操作模式設(shè)置

在“斷路”設(shè)置項下，將波特率設(shè)為115.2kbit/s，奇偶校驗設(shè)為“無”，數(shù)據(jù)位和停止為均按系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置。波特率值和選用的RFID芯片品牌的技術(shù)參數(shù)有關(guān)。圖5-61CM1241模塊波特率設(shè)置

五、通信函數(shù)塊編寫1.對ModbusRTU通信協(xié)議的端口進行組態(tài)

創(chuàng)建用LAD編程語言的函數(shù)塊“RFID”，進入程序編輯窗口，在右側(cè)的“指令”選項卡下，依次展開“通信——通信處理器——MODBUS（RTU）”，將Modbus_Comm_Load拖入程序段。通過正確設(shè)置該指令的引腳參數(shù)對ModbusRTU通信協(xié)議的CM1241端口進行組態(tài)。

“REQ”引腳采用系統(tǒng)存儲器字節(jié)M1.0。“PORT”引腳下拉菜單選中CM1241的硬件標(biāo)識符269?！癇AUD”引腳設(shè)置為組態(tài)的波特率115200?！癕B_DB”引腳參數(shù)需要設(shè)置為“Modbus_Master”指令的背景數(shù)據(jù)塊的MB_DB參數(shù)。

在“Modbus_Master”指令上側(cè)選中其背景函數(shù)塊，右擊打開其“屬性”，依次單擊“轉(zhuǎn)到—定義”，打開其背景數(shù)據(jù)塊，在TIA博圖軟件的快捷菜單欄中單擊“分欄”，使主程序編輯界面和“Modbus_Master_DB”背景數(shù)據(jù)塊同時出現(xiàn)，在“Modbus_Master_DB”中選中MB_DB參數(shù)將其拖動至Modbus_Comm_Load指令的MB_DB引腳。Modbus_Comm_Load指令背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量“MODE”用于描述PTP模塊的工作模式。在硬件組態(tài)時，“MODE”值修改為16#04。圖5-62創(chuàng)建RFID函數(shù)塊圖5-63Modbus_Comm_Load指令參數(shù)組態(tài)“REQ”引腳采用系統(tǒng)存儲器字節(jié)M1.0?！癙ORT”引腳下拉菜單選中CM1241的硬件標(biāo)識符269?！癇AUD”引腳設(shè)置為組態(tài)的波特率115200?！癕B_DB”引腳參數(shù)需要設(shè)置為“Modbus_Master”指令的背景數(shù)據(jù)塊的MB_DB參數(shù)。

將“Modbus_Master”指令拉進RFID函數(shù)塊，在“Modbus_Master”指令上側(cè)選中其背景函數(shù)塊，右擊打開其“屬性”，依次單擊“轉(zhuǎn)到—定義”，打開其背景數(shù)據(jù)塊。圖5-64打開MB_MASTER_DB背景數(shù)據(jù)塊在TIA博圖軟件的快捷菜單欄中單擊“分欄”，使函數(shù)塊程序編輯界面和“Modbus_Master_DB”背景數(shù)據(jù)塊同時出現(xiàn)，在“Modbus_Master_DB”中選中MB_DB參數(shù)將其拖動至Modbus_Comm_Load指令的MB_DB引腳。圖5-65MASTER參數(shù)MB_DB連接MB_DBModbus_Comm_Load指令背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量“MODE”值根據(jù)所使用RFID芯片的技術(shù)規(guī)格設(shè)置了“半雙工二線制模式”，Modbus_Comm_Load指令背景數(shù)據(jù)塊中的靜態(tài)變量“MODE”值修改為16#04。

5-66Modbus_Comm_Load背景數(shù)據(jù)塊MODE參數(shù)設(shè)置2.創(chuàng)建通信緩沖數(shù)據(jù)塊S7-1200PLC作為ModbusRTU主站在ModbusRTU從站中讀取和寫入數(shù)據(jù)時，必須創(chuàng)建全局?jǐn)?shù)據(jù)塊以便為Modbus從站上的讀取或?qū)懭脒^程提供數(shù)據(jù)存儲器。根據(jù)某品牌RFID芯片的技術(shù)說明，將前面的8個字定為寫入數(shù)據(jù)區(qū)，其中前3個字為寫入數(shù)據(jù)的相關(guān)功能定義，包括設(shè)備地址“02”，使用的RFID其寫入功能碼為16#10，寫入起始地址為16#0，寫入寄存器數(shù)量為16#08。數(shù)據(jù)塊的后8個字為讀取功能區(qū)，同樣的前面3個字為讀取數(shù)據(jù)的相關(guān)功能定義，讀取功能碼為03。S7-1200PLC作為ModbusRTU主站在ModbusRTU從站中讀取和寫入數(shù)據(jù)時，必須創(chuàng)建緩沖數(shù)據(jù)塊以便為Modbus從站上的讀取或?qū)懭脒^程提供數(shù)據(jù)存儲器。根據(jù)RFID芯片的技術(shù)說明，將前面的8個字定為寫入數(shù)據(jù)區(qū)，其中前3個字為寫入數(shù)據(jù)的相關(guān)功能定義，包括設(shè)備地址“02”，使用的RFID其寫入功能碼為16#10，寫入起始地址為16#0，寫入寄存器數(shù)量為16#08。數(shù)據(jù)塊的后8個字為讀取功能區(qū)，同樣的前面3個字為讀取數(shù)據(jù)的相關(guān)功能定義，讀取功能碼為03。緩沖數(shù)據(jù)塊如圖5-67所示。圖5-67建立緩沖數(shù)據(jù)區(qū)3.函數(shù)塊引腳參數(shù)設(shè)置

倉儲模塊的每一個倉位均配有RFID標(biāo)簽，在進行料倉盤點時，各料倉的RFID標(biāo)簽均會被讀寫，因此“RFID”函數(shù)塊需要多次重復(fù)被調(diào)用。為方便此函數(shù)塊的調(diào)用，對其接口參數(shù)進行定義。在“RFID”函數(shù)塊的程序編輯區(qū)單擊接口區(qū)的下拉按鈕，展開接口區(qū)參數(shù)編輯窗口。圖5-68函數(shù)塊RFID接口參數(shù)組態(tài)3.函數(shù)塊引腳參數(shù)設(shè)置在“RFID”函數(shù)塊的程序編輯區(qū)單擊接口區(qū)的下拉按鈕，展開接口區(qū)參數(shù)編輯窗口。在Input類參數(shù)下，創(chuàng)建“please_write”和“please_read”兩個參數(shù)作為“RFID”函數(shù)塊的輸入?yún)?shù)，可以分別調(diào)用函數(shù)塊的讀取和寫入功能。在Output類參數(shù)下，創(chuàng)建“write_done_feed”和“read_done_feed”兩個輸出參數(shù)。在RFID標(biāo)簽讀取和寫入完成時，這些參數(shù)將置位1。在Static類參數(shù)下，創(chuàng)建6個引腳參數(shù)，其中“read”和“write”為“Modbus_Master”指令的觸發(fā)參數(shù)；“read_done”和“write_done”為調(diào)用“Modbus_Master”指令讀取和寫入成功時的輸出引腳參數(shù)；“read_code”和“write_code”為“Modbus_Master”指令調(diào)用時的錯誤代碼參數(shù)，讀寫無錯誤則值為0。

4.讀寫信號導(dǎo)入

主程序在調(diào)用函數(shù)塊“RFID”進行RFID芯片讀寫時，需要給“RFID”函數(shù)塊的輸入?yún)?shù)“please_write”和“please_read”賦值，為避免“please_write”和“please_read”同時被賦值為1引發(fā)函數(shù)塊同時啟動讀取和寫入模式而造成的模塊錯誤，“please_write”和“please_read”的值將被導(dǎo)入至函數(shù)塊內(nèi)部靜態(tài)變量“write”和“read”，由他們?nèi)フ{(diào)用通信指令完成讀寫功能，因此“write”和“read”不會被同時賦1。圖5-69讀寫信號導(dǎo)入5.向從站寫入數(shù)據(jù)

在“右側(cè)”的指令選項卡下，依次展開“通信—通信處理器—MODBUS（RTU）”,將“Modbus_Master”指令拖入函數(shù)塊“RFID”的程序編輯窗口。將“MODE”引腳設(shè)置為1，即啟用寫入模式。“DATA_ADDR”設(shè)置為40001，即訪問從站中的起始地址?！癉ATA_LEN”和“DATA_PTR”需要根據(jù)建立的通信緩沖數(shù)據(jù)塊進行設(shè)置。將已建立的緩沖數(shù)據(jù)塊DB3的前8個字作為寫入數(shù)據(jù)區(qū)，“DATA_PTR”引腳手動輸入為“P#DB4.DBX0.0WORD8”，向從站寫入數(shù)據(jù)的程序邏輯如下：（1）當(dāng)“#write”為1時，啟用“Modbus_Master”指令塊的寫入功能。（2）寫入完成后，“#write_done”值為1，“#write_code”值為0，此時“#write”將被復(fù)位為0，函數(shù)塊引腳參數(shù)“#write_done_feed”將接通，可以作為其他程序的邏輯判斷信號。圖5-70MODBUS_MASTER指令寫入數(shù)據(jù)

6.讀取從站數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)同樣采用“Modbus_Master”指令，且要與寫入數(shù)據(jù)程序調(diào)用的“Modbus_Master”指令共用一個背景數(shù)據(jù)塊，因此復(fù)制寫入模式的“Modbus_Master”指令塊進行引腳參數(shù)的修改。將“MODE”引腳設(shè)置為0，即啟用讀取模式?！癉ATA_ADDR”設(shè)置為40001，即訪問從站中的起始地址?！癉ATA_LEN”同樣設(shè)為8，“DATA_PTR”引腳手動輸入為“P#DB4.DBX16.0WORD8”,為通信緩沖數(shù)據(jù)塊的后8個字。讀取從站數(shù)據(jù)的程序邏輯如下：（1）當(dāng)“#read”為1時，啟用“Modbus_Master”指令塊的讀取功能。（2）讀取完成后，“#read_done”值為1，“#read_code”值為0，此時“#read”將被復(fù)位為0，函數(shù)塊引腳參數(shù)“#read_done_feed”將接通，可以作為其他程序的邏輯判斷信號。圖5-71MODBUS_MASTER指令讀取數(shù)據(jù)

六、主程序編寫

1.RFID函數(shù)塊置入主程序

在“項目樹—程序塊”中進入Main主函數(shù)塊編輯界面，在左側(cè)的程序塊中，選擇“RFID[FB1]”將其拖動至主程序窗口。調(diào)用“P_TRIG”指令檢測M19.1與M19.2的變化，當(dāng)檢測到其值從0變?yōu)?時，將給函數(shù)塊輸入?yún)?shù)“please_write”或“please_read”賦值，從而調(diào)用函數(shù)塊進行從站數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭搿?/p>

工業(yè)機器人輸出給PLC的信號使M19.1為1時，將啟動寫入模式；工業(yè)機器人給PLC的信號M19.2為1時，將啟動讀取模式。

圖5-72主程序編寫2.RFID芯片數(shù)據(jù)的讀寫

使用MOV指令可以完成RFID芯片數(shù)據(jù)的讀寫，程序設(shè)計見圖5-73所示。

在圖5-73中，當(dāng)工業(yè)機器人輸出給PLC的信號M19.1為1時，啟動寫入模式；10傳送給%DB3.DBW6,20傳送給%DB3.DBW8；%DB3.DBW6和%DB3.DBW8對應(yīng)緩沖數(shù)據(jù)塊名稱是“緩沖數(shù)據(jù)塊”.“4”和“緩沖數(shù)據(jù)塊”.“5”。

當(dāng)工業(yè)機器人輸出給PLC的信號M19.2為1時，啟動讀取模式；%DB3.DBW6和%DB3.DBW8的值傳送給%DB3.DBW22和DB3.DBW24,%DB3.DBW22和DB3.DBW24對應(yīng)緩沖數(shù)據(jù)塊名稱是“緩沖數(shù)據(jù)塊”.“14”和“緩沖數(shù)據(jù)塊”.“15”。

圖5-73RFID芯片讀寫第六章

智能制造單元視覺檢測模塊運行與調(diào)試第一節(jié)

視覺檢測模塊硬件應(yīng)用與調(diào)試一、視覺檢測模塊硬件組成

檢測模塊由視覺控制器和視覺相機、鏡頭、連接電纜以及外部輔助設(shè)備組成。圖像處理流程包括圖樣采集、圖樣處理、圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)热舾呻A段。圖6-2相機圖6-1光學(xué)鏡頭圖6-3外部輔助設(shè)備

1.相機鏡頭

相機鏡頭的性能參數(shù)有：

（1）景深

能在實際像平面上獲得相對清晰影像的景物空間深度范圍。

（2）焦距

是主點到成像面的距離。。

（3）明亮度

變焦鏡頭里有用于調(diào)整明亮度的光圈構(gòu)件，可根據(jù)鏡頭上的構(gòu)件來調(diào)整鏡頭明亮度。圖6-4光學(xué)鏡頭

鏡頭上兩個旋鈕用于調(diào)節(jié)清晰度和明亮度。圖6-5光學(xué)鏡頭

2.相機

視覺相機根據(jù)采集圖片的芯片不同，可以分成CCD視覺相機和CMOS視覺相機。圖6-6CCD相機圖6-7CMOS相機3.歐姆龍

FH-L550