西门子双芯电缆

西门子双芯电缆

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1 路径插补功能简介

1.1 基本概念
插补的概念源于数控机床。在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线(直线)运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程，叫做插补。也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，或者称为“数据点的密化”。插补的动作过程：在每个插补周期（极短时间，一般为毫秒级）内，根据指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据，刀具沿着微小直线段运动，经过若干个插补周期后，刀具从起点运动到终点，完成轮廓的加工。
路径运动初来自于机器人和CNC领域，用机器人编程语言或G-Code编程。它是指在多维空间中，通过一组轴的协作动作，各轴之间无主从之分，它们按照设定的动态响应特性，实现路径对象从起点到终点的的路径轨迹运动。
路径插补产生路径的运行轨迹，计算插补周期内的路径插补点，并通过机械运动系统转换获得对应插补周期内插补点的各路径轴设定值。
隶属于机械运动系统的单独轴在S7 technology中被为路径轴，路径轴通过路径对象执行路径运动。参考图1 路径轴与路径对象。

图1 路径轴与路径对象

1.2 S7-Technology 路径功能特点

S7-Technology 路径插补功能概述：

> 从S7-Technology V4.2开始
> 允许进行3轴插补操作
> 路径插补可以通过直线、圆弧、多项式表示实现
> Move Path命令可以组成连续运动
> 支持多种机械运动学模型
> 可以与外部位置值同步，实现传送带跟踪功能

S7-Technology 路径插补的技术特点：

> 所有的路径轴都相互同步移动
> 所有的路径轴都同时到达目标位置
> 路径轨迹的移动，将会始终是以一个固定的合成速度进行 (如果动态
   特性限制没有被超越)
> 低速度性能的轴，决定了整个轨迹的高动态特性

路径差补可以执行多3轴之间的2D或者3D的线性、圆弧或者多项式插补，路径差补工艺对象(TO) ，适用于机械运动学控制范畴，一个共同的系统中，可以存在多个机械运动学控制结构。同步于路径轴的“同步轴”，仍然可以实现同步控制，例如，旋转，凸轮开关，测量功能。通过图形化编辑器，可以简便地设置机械运动学控制系统的参数；通过动态特性轮廓窗口，可以轻松定义路径的动态特性；通过轨迹点表格，可以轻松定义路径差补，计划目的地路径。另外还可以定义保护防撞区域和实现传送带位置的精确跟踪。

1.3 机械运动系统的选择
T-CPU 所实现运动学，等同于人们过去所熟悉机械运动学。可以将它们分为如下两种不同的类型。参考图2 在 T-CPU 中集成的机械运动学。

图2 在 T-CPU 中集成的机械运动学

不同的机械运动系统可以实现TCP (Tool Center Point，工具中心点或机械运动端点)相同的路径运动功能。尽管在某些情况下，不同的机械运动系统可实现相同的路径运动，但是，如果机械运动系统选择不合理，将有可能无法完成的路径功能。所以，必须根据实际的工艺需求选择合适的机械运动系统，并在工厂布局中考虑该机构的的合理安装位置。参考图3 不同机械系统的转化。

图3 不同机械系统的转化

2 路径插补的实现方法

2.1 运动学模型简介
常用的运动学模型请参考图 4 运动学模型。

图 4 运动学模型

下面介绍一些常用的运动学模型。直角坐标机器人 (英文名：Cartesian coordinate robot)，大型的直角坐标机器人也称桁架机器人或龙门式机器人，由多个运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机器。工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂等一系列工作。参考图5 直角坐标机器人。

图5 直角坐标机器人

SCARA 机器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一种圆柱坐标型的特殊工业机器人。有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位，另一个关节是移动关节，用于完成机械末端在垂直平面的运动。SCARA机器人在x,y方向上具有良好的顺从性、灵活性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作。SCARA机器人广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。 参考图6 SCARA 机器人。

图6 SCARA 机器人

铰链型机械臂：有很高的自由度，可以多至5~6轴，适合于几乎任何轨迹或角度的工作，可以自由编程，完成全自动化的工作, 提高生产效率；可以代替很多不适合人力完成、有害身体健康的复杂工作，比如，汽车外壳点焊。参考图 7 铰链型机械臂。

图7铰链型机械臂

Delta 3D机器人：外形酷似一只蜘蛛，这种*的几何结构赋予了它们质量轻，强度大，轻便灵活，节省空间，高速，敏捷；适用于高速分拣。参考图8 Delta 3D机器人。

图8 Delta 3D机器人

2.2 路径插补实现方法
首先需要做轴的定义，选择“Path interploation”。参考图 9 路径轴的定义。

图9 路径轴的定义

1. 模板介绍

1.1 总览
ET200S 1 步进模板输出脉冲来控制步进电机 ，输出脉冲的数量决定步进电机的运动距离，输出脉冲的频率决定步进电机的速度。
模板订货号: 6ES7138-4DC00-0AB0

1.2 模板参数

西门子双芯电缆
图. 1: 步进电机模板

• 1 通道，可控制1个步进电机
• 数字量输入的参考点开关
• 外部停止或者外部脉冲使能数字输入
• 脉冲和方向信号时RS422的差分输出模式
• 大输出频率: 204kHZ
• 大脉冲数: 1048575
• 4 LED 状态指示灯
• 2 操作模式：寻找参考点和增量模式

2. 模板接线


图. 2: 步进模板接线图

• 端子1和5：脉冲差分信号
• 端子4和8：差分输出的方向信号
• 端子2和3：外部停止或者外部脉冲使能数字量输入ID。(功能选择见 4.2 )
• 端子6和7：数字量输入参考点开关

3. 硬件配置
步进模板可以安装在ET 200S接口模板或者 ET200S CPU后面。
本文使用 IM151-7 CPU 为例。

表 1: 软件和硬件配置


图. 3: ET200S 站的配置图

4. 硬件和参数设置

4.1 硬件配置
1) 根据图. 2 和图. 3完成ET200S的接线
2) 打开STEP7，创建一个新项目，并插入一个S7-300站
3) 从硬件目录中选择IM151-7 CPU直接拖拽到站配置窗口

图. 4: 插入IM151-7 CPU

4) 依次在4槽和5槽插入电源模板 PM-E DC24 和步进模块

图. 5: 硬件配置

4.2 模板参数配置


图. 6: 步进模块参数接口

4.2.1 模板参数说明
1) 组诊断：组诊断
2) 基准频率：基准频率，以Hz为单位，标识Fb
3) 增益 n: 增益系数 n，值范围 1-255. 此增益系数决定启动/停止频率 Fss，并且计算公式为： Fss=Fb×n
4) 时间 i: 时间系数 i, 值范围 1-255. 该时间系数以Hz/ms决定加速和减速，计算公式为: a = Fb ×R / (i×0.128 ms)
5)功能 DI: 数字量输入DI 功能可选，可以被组态为外部脉冲输入或者外部停止信号，缺省是外部脉冲且已使能。
6) 外部 Stop, 限位 Stop: 外部 stop, 信号类型停止开关. 接触器触点是常闭信号，以确保该接触器信号，缺省是读取常闭信号。

4.2.2 本文所例参数设置如下
本例参数配置见图. 6.
1) 没有激活组诊断
2) 基准频率 4Hz
3) 乘法系数 1, 启动/停止频率 4Hz
4) 时间系数 1, 加速/ 减速 31.25 Hz/ms
5) 使能外部输入脉冲
6) 外部输入停止和限位信号为常闭类型

5. 编程

5.1 模板输入/输出地址分配
与其它ET200S功能块类似，1STEP步进模板也通过直接读写I/O地址来对模板进行控制和访问的。
反馈信号 (输入), 占用 8 字节. 如表 2 输入地址分配所示。
控制信号 (输出), 占用 8 字节. 如表 3 输出地址分配所示。

DP从站


ET200 L
6ES7 131－1EH00－0XB0－电子模块DI 16 x AC 120V
6ES7 133－1EH00－0XB0－电子模块DI8/DO8 x AC120V
6ES7 133－1JH00－0XB0－电子模块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接口模块IM151-1 基本型
6ES7 151-1AB02-0AB0 - ET 200S接口模块IM151-1 FO STANDARD
6ES7 151-1BA00-0AB0 - ET 200S接口模块IM151-1 High Feature
6ES7 151-1AA03-0AB0 - ET 200S接口模块IM151-1 标准型


ET200 X
6ES7 147-1AA01-0XB0 - ET200X：基础模块BM147/CPU
6ES7 147-1AA10-0XB0 - ET 200X：基础模块BM147-1 CPU
6ES7 141-1BF01-0XB0 - ET200X：基础模块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，成套设备
6ES7 633-2BF02-0AE3 - SIMATIC C7-633 DP，成套设备
6ES7 634-2BF02-0AE3 - SIMATIC C7-634 DP，成套设备e
6ES7 635-2EC01-0AE3 - SIMATIC C7-635 Keys，成套设备
6ES7 635-2EB01-0AE3 - SIMATIC C7-635 Touch
6ES7 636-2EC00-0AE3 - SIMATIC C7-636 Keys，成套设备


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系列所有型号及配件.参数：
电源模板:  
   6ES7 307-1BA00-0AA0 电源模块(2A) 
   6ES7 307-1EA00-0AA0 电源模块(5A) 
   6ES7 307-1KA01-0AA0 电源模块(10A) 
CPU：  
   6ES7 312-1AE13-0AB0 CPU312，16K内存 
   6ES7 312-5BE03-0AB0 CPU312C，16K内存 
   6ES7 313-5BF03-0AB0 CPU313C，32K内存 
   6ES7 313-6BF03-0AB0 CPU313C-2PTP，32K内存 
   6ES7 313-6CF03-0AB0 CPU313C-2DP，32K内存 
   6ES7 314-1AG13-0AB0 CPU314,48K内存 
   6ES7 314- 6BG03 -0AB0 CPU314C-2PTP 
   6ES7 314-6CG03-0AB0 CPU314C-2DP 
   6ES7 315-2AG10-0AB0 CPU315-2DP, 128K内存 
   6ES7 315-6FF01-0AB0 CPU315F-2DP,192K内存 
   6ES7 317-2AJ10-0AB0 CPU317-2DP,512K内存 
   6ES7 317-2EJ10-0AB0 CPU317-2PN/DP,512K内存 
   6ES7 317-6FF00-0AB0 CPU317F-2DP,512K内存 
   6ES7 317-6TJ10-0AB0 CPU317T-2DP技术型,512K内存 
内存卡:  
   6ES7 953-8LF11-0AA0 SIMATIC Micro内存卡 64kByte(MMC) 
   6ES7 953-8LG11-0AA0 SIMATIC Micro内存卡128KByte(MMC) 
   6ES7 953-8LJ11-0AA0 SIMATIC Micro内存卡512KByte(MMC) 
   6ES7 953-8LL11-0AA0 SIMATIC Micro内存卡2MByte(MMC) 
   6ES7 953-8LM11-0AA0 SIMATIC Micro内存卡4MByte(MMC) 
   6ES7 953-8LP11-0AA0 SIMATIC Micro内存卡8MByte(MMC) 
   6ES7 951-0KD00-0AA0 FEPROM 内存卡16K 
   6ES7 951-0KE00-0AA0 FEPROM 内存卡32K 
   6ES7 951-0KF00-0AA0 FEPROM 内存卡64K 
   6ES7 951-0KG00-0AA0 FEPROM 内存卡128K 
   6ES7 971-1AA00-0AA0 锂电池 3.6V/0.95AH 
开关量模板: 
   6ES7 321-1BH02-0AA0 开入模块（16点，24VDC） 
   6ES7 321-1BH50-0AA0 开入模块（16点，24VDC，源输入） 
   6ES7 321-1BL00-0AA0 开入模块（32点，24VDC） 
   6ES7 321-7BH01-0AB0 开入模块（16点，24VDC，诊断能力） 
   6ES7 321-1EL00-0AA0 开入模块（32点，120VAC） 
   6ES7 321-1FF01-0AA0 开入模块（8点，120/230VAC） 
   6ES7 321-1FH00-0AA0 开入模块（16点，120/230VAC） 
   6ES7 322-1BH01-0AA0 开出模块（16点，24VDC） 
   6ES7 322-5GH00-0AB0 开出模块（16点，24VDC，独立接点，故障保护） 
   6ES7 322-1BL00-0AA0 开出模块（32点，24VDC） 
   6ES7 322-1FL00-0AA0 开出模块（32点，120VAC/230VAC） 
   6ES7 322-1BF01-0AA0 开出模块（8点，24VDC，2A） 
   6ES7 322-1FF01-0AA0 开出模块（8点，120V/230VAC） 
   6ES7 322-5FF00-0AB0 开出模块（8点，120V/230VAC，独立接点） 
   6ES7 322-1HF01-0AA0 开出模块（8点,继电器,2A） 
   6ES7 322-1HF10-0AA0 开出模块（8点,继电器,5A，独立接点） 
   6ES7 322-1HH01-0AA0 开出模块(16点,继电器) 
   6ES7 322-5HF00-0AB0 开出模块（8点,继电器,5A，故障保护） 
   6ES7 322-1FH00-0AA0 开出模块（16点，120V/230VAC） 
   6ES7 323-1BH01-0AA0 8点输入，24VDC；8点输出，24VDC模块 
   6ES7 323-1BL00-0AA0 16点输入，24VDC；16点输出，24VDC模块