多個(gè)S7-200在組合機床的聯(lián)網(wǎng)應用

　1 引言

　根據工件加工的需要，以獨立的通用的部件為基礎，配以部分專(zhuān)用部件組成的專(zhuān)用機床，稱(chēng)之為組合機床?；剞D工作臺式組合機床是多工位組合機床的一種，它通過(guò)回轉工作臺進(jìn)行加工工件的輸送，夾具安裝在工作臺面上，被加工工件一次裝夾后，從一個(gè)工位輸送到下一個(gè)工位，工作臺轉一周，即完成在該機床上的全部加工工序。并且，裝卸工件的輔助時(shí)間與機床的加工時(shí)間是重合的。本組合機床全稱(chēng)為回轉工作臺式六工位組合機床，有一個(gè)上下料工序、五個(gè)加工工序，分別為：上下料工序；銑端面工序；鉆中心孔序；鉆的盲孔工序；鉆通孔工序；擴孔工序。組合機床外形參見(jiàn)圖1所示。

圖1 組合機床外形案例圖片

2 系統控制說(shuō)明

　本組合機床控制系統主要采用siemens s7-200系列plc和西門(mén)子觸摸屏ktp-178micro構成，plc完成整個(gè)機床的信息采集、信息處理、各種驅動(dòng)的控制等功能，人機界面完成智能化的后臺管理、各軸加工參數的設定、信息監視等功能。

　 2.1 系統控制主要部件清單(見(jiàn)表1)

　2.2 系統控制主要部件介紹

　 cpu226是siemens公司生產(chǎn)的s7-200系列中性能最高端的cpu模塊，本機集成24輸入/16路輸出數字量通道，六個(gè)高速計數器，2個(gè)20khz的高速脈沖輸出，最大可擴展7個(gè)模塊，兩個(gè)通訊端口。

　cpu221是siemens公司生產(chǎn)的s7-200系列中的低端cpu模塊，本機集成6輸入/4路輸出數字量通道，4個(gè)高速計數器，2個(gè)20khz的高速脈沖輸出，不可以擴展模塊，一個(gè)通訊端口。

　 em223是siemens公司生產(chǎn)的s7-200系列中數字量混合模塊， 4輸入/4路輸出數字量通道。

　 ktp-178micro是siemens公司根據國內用戶(hù)使用習慣和需求而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的人機界面， 是一款性?xún)r(jià)比較高的人機界面。

　 步進(jìn)電機是采用研控自動(dòng)化科技機電有限公司推出的系列產(chǎn)品，配套yka2404ma細分驅動(dòng)器，最高細分數為200。主軸電機采用三相異步電機。氣缸采用smc系列。

　　2.3 系統控制架構(圖2)

圖2 系統控制架構

　2.4 系統控制主要特點(diǎn)

　 (1) 輸入信號的處理：本套機床的檢測信號有：回轉工作臺用機械式形成開(kāi)關(guān)、氣缸用磁環(huán)開(kāi)關(guān)、滑臺用磁性開(kāi)關(guān)，這些信號的采集利用plc的通用數字量輸入信號作為信號采集處理。

　 (2) 輸出信號的處理：步進(jìn)電機單元，利用plc本身集成的高速脈沖信號作為步進(jìn)電機驅動(dòng)器驅動(dòng)信號，每臺plc集成兩通道高速脈沖信號，本套系統有四臺plc主機，最多可控制八軸驅動(dòng)，控制采用脈沖+方向的控制方式。三相電機單元，利用plc本身集成的通用數字量輸出信號作為電機驅動(dòng)控制信號。氣缸單元，利用plc本身集成的通用數字量輸出信號作為氣缸驅動(dòng)控制信號。

　 (3) 人機交換：本套機床的加工參數通過(guò)上位機觸摸屏來(lái)完成，操作人員根據加工需要可以更改相應加工參數。本套機床可通過(guò)上位機觸摸屏進(jìn)行機床的手動(dòng)控制與自動(dòng)控制，如：電機的運行、氣缸的動(dòng)作、滑臺的點(diǎn)動(dòng)運行?？赏ㄟ^(guò)觸摸屏察看設備信息，察看設備信號是否正常。

　 2.5 系統運行模式

　 單機運行，通過(guò)觸摸屏操作機床。該模式下又可實(shí)現單軸加工、全自動(dòng)加工兩種加工方式。

　 聯(lián)機運行，通過(guò)終端調度軟件給機床上下料，控制組合機床。

3 軟件設計

　 本套系統采用了ktp-178micro觸摸屏一臺、cpu226一臺、cpu221三臺，cpu226作為系統的主站。ktp-178通過(guò)cpu226的port1口進(jìn)行數據的讀寫(xiě)，cpu226作為ppi主站通過(guò)port0口與下位機的三臺cpu221進(jìn)行數據的讀寫(xiě)。所用到s7-200的主要控制命令有：網(wǎng)絡(luò )讀寫(xiě)命令(實(shí)現cpu226與三臺cpu221之間的通訊、高速脈沖輸出(實(shí)現步進(jìn)電機的控制)、高速計數(實(shí)時(shí)讀取各個(gè)進(jìn)給軸的坐標)，本套系統最大可控制軸數為八軸，為了方便與其它設備聯(lián)機作業(yè)，該系統在控制架構設計上增加了聯(lián)機接口。

　 3.1 網(wǎng)絡(luò )讀寫(xiě)指令

　 網(wǎng)絡(luò )讀指令(netr)初始化通訊操作，通過(guò)指令端口(port0)從遠程設備上接收數據并形成表；網(wǎng)絡(luò )寫(xiě)指令(netw)初始化通訊操作，通過(guò)指令端口(port0)向遠程設備寫(xiě)表。

　 本套系統中，cpu226定義為2#主站，其它三臺cpu221分別定義為3#從站、4#從站、5#從站。

　 本套系統中利用了網(wǎng)絡(luò )讀(netr)三項，共有三十個(gè)字節。(見(jiàn)表2)

　 本套系統中利用了網(wǎng)絡(luò )寫(xiě)（netw）指令三項，共有二十六個(gè)字節。(見(jiàn)表3)

　 在cpu226中通過(guò)向導功能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )讀寫(xiě)的配置，此配置可在ob1主程序進(jìn)行循環(huán)調用，也可通過(guò)中斷的形式調用。

ld sm0.0
call net_exe:sbr8, 0, m7.0, m7.1

　 3.2 組合機床的聯(lián)機接口定義(見(jiàn)表4)

　 該組合機床有單機/聯(lián)機運行功能，并對聯(lián)機運行時(shí)提供了i/o接口定義。

　 s1為電平信號，上位機通知機床回零，回零結束時(shí)上位機收到機床就緒信號，再切斷該信號。

　s5為電平信號，上位機通知機床全自動(dòng)運行，切斷該信號，機床自動(dòng)運行結束。
　
　s6為脈沖信號。上位機上下料完成時(shí)通知機床繼續運行。
　
　 3.3 高速脈沖輸出指令

　從站的三臺cpu221每臺控制兩軸的步進(jìn)電機，利用cpu本身集成的兩通道高速脈沖輸出信號作為步進(jìn)電機驅動(dòng)器的脈沖輸出，其脈沖輸出頻率最高達到20khz，根據各軸加工的特點(diǎn)，其控制程序要求步進(jìn)滑臺在作加工時(shí)有以下特點(diǎn)：

　 零點(diǎn)(原位)→快進(jìn)(快速)→攻進(jìn)(慢速)停留→快退(快速 零點(diǎn)(原位)

　 根據此特點(diǎn)該程序在設計時(shí)采用多段pto功能，以下為單軸進(jìn)給事例程序：

///網(wǎng)絡(luò )1
ld sm0.0
movb 16#a0, smb77
&nbs