西門子S7-200模塊代理商

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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(gòu)。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(gòu)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。

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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(gòu)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. IPC 分類及介紹

IPC 分類
SIMATIC IPC 包含以下類型：
1．SIMATIC Rack PC（機架式 PC）
靈活、高性能的工業(yè) PC，用于安裝在 19" 機架上
2．SIMATIC Box PC（箱式 PC）
小型緊湊而強固的工業(yè) PC，用于標準安裝
3．SIMATIC Panel PC（平板式 PC）
強固、高性能的工業(yè) PC，具有絢麗的顯示器

1．1 SIMATIC Rack PC（機架式 PC）簡介

圖1

SIMATIC Rack PC (機架式 PC）
靈活的工業(yè) PC，適于安裝在 19 英寸控制柜內(nèi)
SIMATIC Rack PC（機架式 PC）能夠提供靈活、高可用性的工業(yè) PC 系統(tǒng)，用于需要 19" 規(guī)格、功能強體積小的應用。
針對不同的需求，設備目前（截至07/2009）分為：

• SIMATIC 機架式 PC 547B - 采用 Intel Core 2 Duo 技術，以具有吸引力的價格提供*性能
• SIMATIC 機架式 PC 647B - 采用 Intel Core 2 Duo 技術，結(jié)構(gòu)極為緊湊，具有優(yōu)異的工業(yè)功能
• SIMATIC 機架式 PC 847B - 采用 Intel Core 2 Duo 技術，具有*的可擴展性和優(yōu)異的工業(yè)功能
• SIMATIC 機架式 IPC 547C – 采用 Intel Core 2 Duo 技術，可選用SSD （固態(tài)驅(qū)動器）以獲得更高的穩(wěn)定性

1．2 SIMATIC Box PC（箱式 PC）簡介

圖2

SIMATIC Box PC (箱式 PC）
適合于安裝在機器、控制柜及控制臺中。由于它們的尺寸小，所以可以集成在空間有限的地方。
SIMATIC Box PC （SIMATIC 箱式 PC）能夠為機械工程師、工廠工程師和控制箱制造商提供極其強固的工業(yè) PC，用于要求功能強大而體積緊湊的應用。
針對不同的需求，設備目前（截至07/2009）可分為：

• SIMATIC Microbox PC 427B – 超緊湊、免維護型:靈活的嵌入式工業(yè) PC
• SIMATIC 箱式 PC 627B – 在有限的空間里提供優(yōu)秀的性能/采用 Intel Core 2 Duo 技術
• SIMATIC 箱式 PC 827B – 高性能，高靈活性/使用 Intel Core 2 Duo 技術
• SIMATIC IPC 427C

1．3 SIMATIC Panel PC（平板式 PC）簡介

圖3

籍于其較高的工業(yè)兼容性，SIMATIC Panel PC 適用于標準控制機柜、控制臺，操作面板或直接應用于機器。典型應用于生產(chǎn)自動化和過程自動化。
針對不同的需求，可使用豐富的堅固、高性能 SIMATIC Panel PC，設備目前（截至07/2009）可分為：

• SIMATIC Panel PC 477B embedded – 采用嵌入式技術的 Panel PC，結(jié)構(gòu)極其緊湊、堅固，免維護
• SIMATIC 面板型 PC 577B – 工業(yè)功能和開放性，價格十分吸引人
• SIMATIC 面板型 PC 677B – 靈活、緊湊，可提供高的性能
• SIMATIC IPC 477C
• SIMATIC IPC 577C