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西門子雙芯電纜
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1 路徑插補功能簡介
1.1 基本概念
插補的概念源于數(shù)控機床。在數(shù)控機床中，刀具不能嚴格地按照要求加工的曲線(直線)運動，只能用折線軌跡逼近所要加工的曲線。機床數(shù)控系統(tǒng)依照一定方法確定刀具運動軌跡的過程，叫做插補。也可以說，已知曲線上的某些數(shù)據(jù)，按照某種算法計算已知點之間的中間點的方法，或者稱為“數(shù)據(jù)點的密化”。插補的動作過程：在每個插補周期（極短時間，一般為毫秒級）內(nèi)，根據(jù)指令、進給速度計算出一個微小直線段的數(shù)據(jù)，刀具沿著微小直線段運動，經(jīng)過若干個插補周期后，刀具從起點運動到終點，完成輪廓的加工。
路徑運動初來自于機器人和CNC領域，用機器人編程語言或G-Code編程。它是指在多維空間中，通過一組軸的協(xié)作動作，各軸之間無主從之分，它們按照設定的動態(tài)響應特性，實現(xiàn)路徑對象從起點到終點的的路徑軌跡運動。
路徑插補產(chǎn)生路徑的運行軌跡，計算插補周期內(nèi)的路徑插補點，并通過機械運動系統(tǒng)轉(zhuǎn)換獲得對應插補周期內(nèi)插補點的各路徑軸設定值。
隸屬于機械運動系統(tǒng)的單獨軸在S7 technology中被為路徑軸，路徑軸通過路徑對象執(zhí)行路徑運動。參考圖1 路徑軸與路徑對象。
圖1 路徑軸與路徑對象
1.2 S7-Technology 路徑功能特點
S7-Technology 路徑插補功能概述：
> 從S7-Technology V4.2開始
> 允許進行3軸插補操作
> 路徑插補可以通過直線、圓弧、多項式表示實現(xiàn)
> Move Path命令可以組成連續(xù)運動
> 支持多種機械運動學模型
> 可以與外部位置值同步，實現(xiàn)傳送帶跟蹤功能
S7-Technology 路徑插補的技術特點：
> 所有的路徑軸都相互同步移動
> 所有的路徑軸都同時到達目標位置
> 路徑軌跡的移動，將會始終是以一個固定的合成速度進行 (如果動態(tài)
特性限制沒有被超越)
> 低速度性能的軸，決定了整個軌跡的高動態(tài)特性
路徑差補可以執(zhí)行多3軸之間的2D或者3D的線性、圓弧或者多項式插補，路徑差補工藝對象(TO) ，適用于機械運動學控制范疇，一個共同的系統(tǒng)中，可以存在多個機械運動學控制結(jié)構。同步于路徑軸的“同步軸”，仍然可以實現(xiàn)同步控制，例如，旋轉(zhuǎn)，凸輪開關，測量功能。通過圖形化編輯器，可以簡便地設置機械運動學控制系統(tǒng)的參數(shù)；通過動態(tài)特性輪廓窗口，可以輕松定義路徑的動態(tài)特性；通過軌跡點表格，可以輕松定義路徑差補，計劃目的地路徑。另外還可以定義保護防撞區(qū)域和實現(xiàn)傳送帶位置的精確跟蹤。
1.3 機械運動系統(tǒng)的選擇
T-CPU 所實現(xiàn)運動學，等同于人們過去所熟悉機械運動學?？梢詫⑺鼈兎譃槿缦聝煞N不同的類型。參考圖2 在 T-CPU 中集成的機械運動學。
圖2 在 T-CPU 中集成的機械運動學
不同的機械運動系統(tǒng)可以實現(xiàn)TCP (Tool Center Point，工具中心點或機械運動端點)相同的路徑運動功能。盡管在某些情況下，不同的機械運動系統(tǒng)可實現(xiàn)相同的路徑運動，但是，如果機械運動系統(tǒng)選擇不合理，將有可能無法完成的路徑功能。所以，必須根據(jù)實際的工藝需求選擇合適的機械運動系統(tǒng)，并在工廠布局中考慮該機構的的合理安裝位置。參考圖3 不同機械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。
圖3 不同機械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化
2 路徑插補的實現(xiàn)方法
2.1 運動學模型簡介
常用的運動學模型請參考圖 4 運動學模型。
圖 4 運動學模型
下面介紹一些常用的運動學模型。直角坐標機器人 (英文名：Cartesian coordinate robot)，大型的直角坐標機器人也稱桁架機器人或龍門式機器人，由多個運動自由度建成空間直角關系的、多用途的操作機器。工作的行為方式主要是通過完成沿著X、Y、Z軸上的線性運動。因末端操作工具的不同，直角坐標機器人可以非常方便的用作各種自動化設備，完成如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂等一系列工作。參考圖5 直角坐標機器人。
圖5 直角坐標機器人
SCARA 機器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一種圓柱坐標型的特殊工業(yè)機器人。有3個旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進行定位，另一個關節(jié)是移動關節(jié)，用于完成機械末端在垂直平面的運動。SCARA機器人在x,y方向上具有良好的順從性、靈活性，而在Z軸方向具有良好的剛度，此特性特別適合于裝配工作。SCARA機器人廣泛應用于塑料工業(yè)、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領域。它的主要職能是搬取零件和裝配工作。 參考圖6 SCARA 機器人。
圖6 SCARA 機器人
鉸鏈型機械臂：有很高的自由度，可以多至5~6軸，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作，可以自由編程，完成全自動化的工作, 提高生產(chǎn)效率；可以代替很多不適合人力完成、有害身體健康的復雜工作，比如，汽車外殼點焊。參考圖 7 鉸鏈型機械臂。
圖7鉸鏈型機械臂
Delta 3D機器人：外形酷似一只蜘蛛，這種*的幾何結(jié)構賦予了它們質(zhì)量輕，強度大，輕便靈活，節(jié)省空間，高速，敏捷；適用于高速分揀。參考圖8 Delta 3D機器人。
圖8 Delta 3D機器人
2.2 路徑插補實現(xiàn)方法
首先需要做軸的定義，選擇“Path interploation”。參考圖 9 路徑軸的定義。
圖9 路徑軸的定義
1. 模板介紹
1.1 總覽
ET200S 1 步進模板輸出脈沖來控制步進電機 ，輸出脈沖的數(shù)量決定步進電機的運動距離，輸出脈沖的頻率決定步進電機的速度。
模板訂貨號: 6ES7138-4DC00-0AB0
1.2 模板參數(shù)
西門子雙芯電纜
圖. 1: 步進電機模板
- 1 通道，可控制1個步進電機
- 數(shù)字量輸入的參考點開關
- 外部停止或者外部脈沖使能數(shù)字輸入
- 脈沖和方向信號時RS422的差分輸出模式
- 大輸出頻率: 204kHZ
- 大脈沖數(shù): 1048575
- 4 LED 狀態(tài)指示燈
- 2 操作模式：尋找參考點和增量模式
2. 模板接線
圖. 2: 步進模板接線圖
- 端子1和5：脈沖差分信號
- 端子4和8：差分輸出的方向信號
- 端子2和3：外部停止或者外部脈沖使能數(shù)字量輸入ID。(功能選擇見 4.2 )
- 端子6和7：數(shù)字量輸入?yún)⒖键c開關
3. 硬件配置
步進模板可以安裝在ET 200S接口模板或者 ET200S CPU后面。
本文使用 IM151-7 CPU 為例。
表 1: 軟件和硬件配置
圖. 3: ET200S 站的配置圖
4. 硬件和參數(shù)設置
4.1 硬件配置
1) 根據(jù)圖. 2 和圖. 3完成ET200S的接線
2) 打開STEP7，創(chuàng)建一個新項目，并插入一個S7-300站
3) 從硬件目錄中選擇IM151-7 CPU直接拖拽到站配置窗口
圖. 4: 插入IM151-7 CPU
4) 依次在4槽和5槽插入電源模板 PM-E DC24 和步進模塊
圖. 5: 硬件配置
4.2 模板參數(shù)配置
圖. 6: 步進模塊參數(shù)接口
4.2.1 模板參數(shù)說明
1) 組診斷：組診斷
2) 基準頻率：基準頻率，以Hz為單位，標識Fb
3) 增益 n: 增益系數(shù) n，值范圍 1-255. 此增益系數(shù)決定啟動/停止頻率 Fss，并且計算公式為： Fss=Fb×n
4) 時間 i: 時間系數(shù) i, 值范圍 1-255. 該時間系數(shù)以Hz/ms決定加速和減速，計算公式為: a = Fb ×R / (i×0.128 ms)
5)功能 DI: 數(shù)字量輸入DI 功能可選，可以被組態(tài)為外部脈沖輸入或者外部停止信號，缺省是外部脈沖且已使能。
6) 外部 Stop, 限位 Stop: 外部 stop, 信號類型停止開關. 接觸器觸點是常閉信號，以確保該接觸器信號，缺省是讀取常閉信號。
4.2.2 本文所例參數(shù)設置如下
本例參數(shù)配置見圖. 6.
1) 沒有激活組診斷
2) 基準頻率 4Hz
3) 乘法系數(shù) 1, 啟動/停止頻率 4Hz
4) 時間系數(shù) 1, 加速/ 減速 31.25 Hz/ms
5) 使能外部輸入脈沖
6) 外部輸入停止和限位信號為常閉類型
5. 編程
5.1 模板輸入/輸出地址分配
與其它ET200S功能塊類似，1STEP步進模板也通過直接讀寫I/O地址來對模板進行控制和訪問的。
反饋信號 (輸入), 占用 8 字節(jié). 如表 2 輸入地址分配所示。
控制信號 (輸出), 占用 8 字節(jié). 如表 3 輸出地址分配所示。
DP從站
ET200 L
6ES7 131－1EH00－0XB0－電子模塊DI 16 x AC 120V
6ES7 133－1EH00－0XB0－電子模塊DI8/DO8 x AC120V
6ES7 133－1JH00－0XB0－電子模塊DI8/RO8 x AC120V
6ES7 133－1BL01－0XB0－ET 200L 16DI/16DO DC 24V/0.5A
ET200 M
6ES7 153－1AA03－0XB0－IM 153－1，分布式，PROFIBUS-DP
6ES7 153－1AA83－0XB0－IM 153－1，分布式，PROFIBUS-DP
ET200 S
6ES7 151-1CA00-0AB0 - ET 200S接口模塊IM151-1 基本型
6ES7 151-1AB02-0AB0 - ET 200S接口模塊IM151-1 FO STANDARD
6ES7 151-1BA00-0AB0 - ET 200S接口模塊IM151-1 High Feature
6ES7 151-1AA03-0AB0 - ET 200S接口模塊IM151-1 標準型
ET200 X
6ES7 147-1AA01-0XB0 - ET200X：基礎模塊BM147/CPU
6ES7 147-1AA10-0XB0 - ET 200X：基礎模塊BM147-1 CPU
6ES7 141-1BF01-0XB0 - ET200X：基礎模塊BM141，8DI
6ES7 141-1BF01-0AB0 - ET 200X：BM141 - ECOFAST RS485 8DI
DP主站
C7
6ES7 626-2DG04-0AE3 - SIMATIC C7-626/P DP，成套設備
6ES7 633-2BF02-0AE3 - SIMATIC C7-633 DP，成套設備
6ES7 634-2BF02-0AE3 - SIMATIC C7-634 DP，成套設備e
6ES7 635-2EC01-0AE3 - SIMATIC C7-635 Keys，成套設備
6ES7 635-2EB01-0AE3 - SIMATIC C7-635 Touch
6ES7 636-2EC00-0AE3 - SIMATIC C7-636 Keys，成套設備
S7-300
6ES7 313-6CE01-0AB0 - CPU313C-2 DP，32KB，16DI/16DO；DP-SS M/S
6ES7 314-6CF01-0AB0 - CPU314C-2 DP，48KB，24DI/16DO/4AI/2AO，DP-SS M/S
6ES7 315-2AF03-0AB0 - CPU 315-2 DP, 64 kB，0.3 ms/kAW
6ES7 315-2AG10-0AB0 - CPU 315-2DP, 128 kB，0.1 ms/kAW
6ES7 315-6FF01-0AB0 - CPU 315F
6ES7 316-2AG00-0AB0 - CPU 316-2DP，128kB, 0.3 ms/kAW
6ES7 317-2EJ10-0AB0 - CPU 317-2 PN/DP，512 kB，0.05 ms/kAW
6ES7 317-6FF00-0AB0 - CPU 317F-2DP，512 kB，0.1 ms/kAW
6ES7 318-2AJ00-0AB0 - CPU 318-2，512 kB，0.1ms/kAW
S7-400
6ES7 412-1XF03-0AB0 - CPU 412-1，96 kB，0.2ms/kAW
6ES7 412-2XG00-0AB0 - CPU 412-2，144 kB，0.2ms/kAW
6ES7 414-2XG03-0AB0 - CPU 414-2，256 kB，0.1ms/kAW
6ES7 414-3XJ00-0AB0 - CPU 414-3，768 kB，0.1ms/kAW
6ES7 416-2XK02-0AB0 - CPU 416-2，1.6 MB，0.08ms/kAW
6ES7 416-3XL00-0AB0 - CPU 416-3，3.2 MB，0.08ms/kAW
6ES7 416-2FK02-0AB0 - CPU 416F-2，1.6 MB，0.08ms/kAW
6ES7 417-4XL00-0AB0 - CPU 417-4，4 MB
以下是S7-300系列所有型號及配件.參數(shù)：
電源模板:
6ES7 307-1BA00-0AA0 電源模塊(2A)
6ES7 307-1EA00-0AA0 電源模塊(5A)
6ES7 307-1KA01-0AA0 電源模塊(10A)
CPU：
6ES7 312-1AE13-0AB0 CPU312，16K內(nèi)存
6ES7 312-5BE03-0AB0 CPU312C，16K內(nèi)存
6ES7 313-5BF03-0AB0 CPU313C，32K內(nèi)存
6ES7 313-6BF03-0AB0 CPU313C-2PTP，32K內(nèi)存
6ES7 313-6CF03-0AB0 CPU313C-2DP，32K內(nèi)存
6ES7 314-1AG13-0AB0 CPU314,48K內(nèi)存
6ES7 314- 6BG03 -0AB0 CPU314C-2PTP
6ES7 314-6CG03-0AB0 CPU314C-2DP
6ES7 315-2AG10-0AB0 CPU315-2DP, 128K內(nèi)存
6ES7 315-6FF01-0AB0 CPU315F-2DP,192K內(nèi)存
6ES7 317-2AJ10-0AB0 CPU317-2DP,512K內(nèi)存
6ES7 317-2EJ10-0AB0 CPU317-2PN/DP,512K內(nèi)存
6ES7 317-6FF00-0AB0 CPU317F-2DP,512K內(nèi)存
6ES7 317-6TJ10-0AB0 CPU317T-2DP技術型,512K內(nèi)存
內(nèi)存卡:
6ES7 953-8LF11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡 64kByte(MMC)
6ES7 953-8LG11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡128KByte(MMC)
6ES7 953-8LJ11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡512KByte(MMC)
6ES7 953-8LL11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡2MByte(MMC)
6ES7 953-8LM11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡4MByte(MMC)
6ES7 953-8LP11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡8MByte(MMC)
6ES7 951-0KD00-0AA0 FEPROM 內(nèi)存卡16K
6ES7 951-0KE00-0AA0 FEPROM 內(nèi)存卡32K
6ES7 951-0KF00-0AA0 FEPROM 內(nèi)存卡64K
6ES7 951-0KG00-0AA0 FEPROM 內(nèi)存卡128K
6ES7 971-1AA00-0AA0 鋰電池 3.6V/0.95AH
開關量模板:
6ES7 321-1BH02-0AA0 開入模塊（16點，24VDC）
6ES7 321-1BH50-0AA0 開入模塊（16點，24VDC，源輸入）
6ES7 321-1BL00-0AA0 開入模塊（32點，24VDC）
6ES7 321-7BH01-0AB0 開入模塊（16點，24VDC，診斷能力）
6ES7 321-1EL00-0AA0 開入模塊（32點，120VAC）
6ES7 321-1FF01-0AA0 開入模塊（8點，120/230VAC）
6ES7 321-1FH00-0AA0 開入模塊（16點，120/230VAC）
6ES7 322-1BH01-0AA0 開出模塊（16點，24VDC）
6ES7 322-5GH00-0AB0 開出模塊（16點，24VDC，獨立接點，故障保護）
6ES7 322-1BL00-0AA0 開出模塊（32點，24VDC）
6ES7 322-1FL00-0AA0 開出模塊（32點，120VAC/230VAC）
6ES7 322-1BF01-0AA0 開出模塊（8點，24VDC，2A）
6ES7 322-1FF01-0AA0 開出模塊（8點，120V/230VAC）
6ES7 322-5FF00-0AB0 開出模塊（8點，120V/230VAC，獨立接點）
6ES7 322-1HF01-0AA0 開出模塊（8點,繼電器,2A）
6ES7 322-1HF10-0AA0 開出模塊（8點,繼電器,5A，獨立接點）
6ES7 322-1HH01-0AA0 開出模塊(16點,繼電器)
6ES7 322-5HF00-0AB0 開出模塊（8點,繼電器,5A，故障保護）
6ES7 322-1FH00-0AA0 開出模塊（16點，120V/230VAC）
6ES7 323-1BH01-0AA0 8點輸入，24VDC；8點輸出，24VDC模塊
6ES7 323-1BL00-0AA0 16點輸入，24VDC；16點輸出，24VDC模塊
化工儀器網(wǎng)