6ES7214-1HG40-0XB0參數(shù)詳細(xì)

6ES7214-1HG40-0XB0參數(shù)詳細(xì)

存儲方面的區(qū)別。S7-200的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的大小是固定不變的，而S7-1200的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器則是浮動的。S7-1200CPU的符號表和注釋可以保存在CPU中，可在線獲取。在S7-1200中利用符號化存取，可以化分配數(shù)據(jù)塊所占的存儲區(qū)。在保持存儲區(qū)方面，S7-200僅有數(shù)據(jù)區(qū)可以設(shè)置為保持，而S7-1200多可設(shè)置2048個字節(jié)的保持區(qū)，可以對數(shù)據(jù)塊中的離散變量設(shè)置保持性。在存儲卡容量方面，S7-1200的存儲卡可到24兆字節(jié)，對于S7-200和S7-1200存儲卡都是可選項，可以存放的內(nèi)容相同。另外S7-1200的存儲卡還將用來實現(xiàn)存儲區(qū)擴展，程序分配及固件升級等功能。本文介紹了西門子S7-1500PLC在噴涂機器人及懸掛行走機構(gòu)總控系統(tǒng)中的應(yīng)用；從軟硬件設(shè)計方面，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試實例，敘述了對關(guān)鍵功能的成功實現(xiàn)。

一、項目介紹

近年來，機器人自動化噴涂系統(tǒng)因其具有重復(fù)精度高、涂裝質(zhì)量好、可靠性好、適用性強、效率高等眾多優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于汽車等工業(yè)領(lǐng)域。而目前航空產(chǎn)品制造過程仍舊是勞動密集、工序繁復(fù)、工況惡劣、輔以大量工裝夾具并以手工制造為主，自動化生產(chǎn)能力不足。在國家提出十三五規(guī)劃，大力發(fā)展智能制造2025的時代大背景下，中航工業(yè)復(fù)合材料制造所遠(yuǎn)矚，在噴涂領(lǐng)域采用機器人進行自動化生產(chǎn)，加快了企業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級，提高了裝備*制造能力。

本項目采用的是一臺可移動的懸掛式噴涂6軸機器人，它安裝在3自由度直角坐標(biāo)變位天車上，可以在噴房范圍內(nèi)（噴漆房內(nèi)尺寸：L30m×W9m×6.5m）進行前后、左右、上下及旋轉(zhuǎn)等多個自由度的運動，機器人的手臂上帶有一支噴槍，能實現(xiàn)對大型復(fù)合材料工件外表面涂裝涂層的噴涂作業(yè)。

二、懸掛式機器人噴涂系統(tǒng)組成

懸掛式機器人噴涂系統(tǒng)由總控系統(tǒng)、天車系統(tǒng)（懸掛行走機構(gòu)）、機器人系統(tǒng)、智能供漆系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示：

天車系統(tǒng)包括：

1套縱走機構(gòu)（X軸）、1套橫走機構(gòu)（Y軸）、1套升降機構(gòu)（Z軸）和電氣伺服驅(qū)動系統(tǒng)，還有用于維修和檢測的走臺等附屬設(shè)施。如圖2所示：

智能供漆系統(tǒng)由虹吸管、隔膜泵、物料罐、過濾器、2KS、調(diào)壓器、空打保護器等組成一套完整的供漆系統(tǒng)，是噴涂系統(tǒng)的重要組成部分，其承擔(dān)著從原料供應(yīng)到原料調(diào)節(jié)預(yù)混配比等重要的作用，是執(zhí)行機構(gòu)的必要前提。物料包含油漆、固化劑和清洗劑。

項目選用的是史陶比爾（Staubli）TX250系列6軸機器人，也是新款的機器人。整個機器人系統(tǒng)由3個部件組成，包括控制器CS8C、機械手臂（Arm）以及手動示教盒（Manualcontrolpendant，MCP）。

三、控制系統(tǒng)架構(gòu)

此套系統(tǒng)的總控系統(tǒng)控制器采用西門子S7-1500PLC作為主控制器，WinCCProfessionalV13SP1作為上位機操作畫面，TP1200作為操作面板，天車、機器人和供漆系統(tǒng)分別采用S7-1200作為控制器。S7-1500總控系統(tǒng)通過PROFINET總線與噴涂機器人系統(tǒng)、供漆系統(tǒng)和懸掛行走系統(tǒng)通訊，完成系統(tǒng)整體控制，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控及操作，保證對整個工件的連續(xù)噴涂。控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示，主控系統(tǒng)硬件設(shè)備表單，如下表1所示。

四、控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

懸掛式機器人噴涂系統(tǒng)可以實現(xiàn)對天車系統(tǒng)和機器人噴涂系統(tǒng)的單獨進行操作。在現(xiàn)場天車可以通過操作屏TP700進行操作，分別對X、Y和Z軸伺服電機進行上電、零點校準(zhǔn)、定位等。

供漆系統(tǒng)的現(xiàn)場屏TP700可以顯示油漆液位、清洗劑液位、固化劑液位、管路壓力、電磁閥狀態(tài)、流體調(diào)壓器狀態(tài)、2KS系統(tǒng)各種油漆的自動配比情況、氣動泵以及防空打保護器等。

機器人系統(tǒng)的現(xiàn)場屏TP700顯示X、Y、Z、RX、RY、RZ六軸移動情況?，F(xiàn)場示教盒可對機器人進行離線軌跡規(guī)劃等。

總控制系統(tǒng)包括現(xiàn)場控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)兩套組成。

現(xiàn)場控制系統(tǒng)能通過總線與機器人系統(tǒng)、懸掛行走系統(tǒng)和供漆系統(tǒng)通訊，完成系統(tǒng)整體控制，對整個工件的連續(xù)噴涂；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控及操作。

總控制系統(tǒng)能夠?qū)Ψ窒到y(tǒng)進行控制及狀態(tài)顯示?？蓪┢嵯到y(tǒng)自動進行換色、加料、清洗等操作?？蓪覓煨凶邫C構(gòu)運動過程中產(chǎn)生的誤差進行修正。

五、噴涂工藝流程及控制的技術(shù)要點

懸掛式機器人噴涂系統(tǒng)噴涂工藝流程如下：

首先天車系統(tǒng)、供漆系統(tǒng)和噴涂系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，工件進入位置，并定位→系統(tǒng)檢測工件實際位置→坐標(biāo)擬合→示教（手動調(diào)試程序）→啟動運行，總控讀取噴漆“工件數(shù)據(jù)"，發(fā)噴涂“軌跡號"和噴涂“配方確認(rèn)"信號給機器人噴涂系統(tǒng)→機器人噴涂系統(tǒng)讀取噴涂“軌跡號"和顏色“配方號"→機器人噴涂系統(tǒng)確定是當(dāng)前噴涂配方，則給總控發(fā)出位置1的“噴涂申請"信號→懸掛系統(tǒng)三軸分別到達位置1后，發(fā)“天車已到噴涂位置"信號給總控→2KS混合，機器人開始自動噴涂（調(diào)用噴涂程序1）→噴涂工件1號區(qū)域，噴涂完成，機器人回到HOME位后停止，并給總控發(fā)“噴涂完成"信號→總控讀取“噴涂完成"信號，變換工件指針，指向2號區(qū)域工件數(shù)據(jù)，發(fā)噴涂“軌跡號"和噴涂“配方確認(rèn)"信號給機器人噴涂系統(tǒng)→機器人噴涂系統(tǒng)讀取噴涂“軌跡號"和顏色“配方號"→機器人噴涂系統(tǒng)確定是當(dāng)前噴涂配方，則給總控發(fā)出位置2的“噴涂申請"信號→懸掛系統(tǒng)三軸分別到達位置2后，發(fā)“天車已到噴涂位置"信號給總控→2KS混合，機器人開始自動噴涂（調(diào)用噴涂程序2）→噴涂工件2號區(qū)域，噴涂完成后，機器人回到HOME位后停止……

按上述程序分別噴涂工件3號區(qū)域，4號區(qū)域……n號區(qū)域，直至完成工件的全部噴涂任務(wù)→機器人回零位（HOME點），天車回到原始位置，工件下線。

為了完成對整個工件的連續(xù)噴涂，直至天車回到原始位置，總控的S7-1500控制器作為整個系統(tǒng)為關(guān)鍵的核心部件，協(xié)調(diào)控制天車和機器人系統(tǒng)的工作。手動示教調(diào)試機器人程序時，要把工件在每個區(qū)域的天車X、Y、Z坐標(biāo)值、機器人的軌跡號要手動記錄下來，通過在總控的操作屏TP1200或者在中控的工控機上輸入，存入總控S7-1500PLC的數(shù)據(jù)塊里，系統(tǒng)自動運行時，再自動一步一步按照工藝順序調(diào)用已經(jīng)存入的數(shù)據(jù)。

由于工件種類多，不同工件劃分的區(qū)域大小是不一樣的，而且每個區(qū)域是多個數(shù)值，存儲數(shù)據(jù)的DB塊是數(shù)據(jù)的嵌套，即為多重數(shù)組，所以DB塊的大小要開辟足夠大，才能滿足生產(chǎn)要求?？偪厝暨x擇普通的S7-300/400PLC用STEP7編程方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取有一定的困難，故選擇S7-1500PLC采用TIA博途的SCL編程方式實現(xiàn)此功能，更加方便和容易。下面介紹實現(xiàn)過程。

工件工藝數(shù)據(jù)表的建立過程：

⑴.在TIA博途V13SP1編程軟件下，添加一個新的“PLCdatatypes"（相當(dāng)于Step7里建立的用戶自定義DB塊），命名為“工件配方"，在里面添加“天車X坐標(biāo)"（定義為整數(shù)數(shù)據(jù)類型）、“天車Y坐標(biāo)"（定義為整數(shù)數(shù)據(jù)類型）、“天車Z坐標(biāo)"（定義為整數(shù)數(shù)據(jù)類型）和“機器人軌跡號"（定義為字節(jié)數(shù)據(jù)類型），外加兩個備用數(shù)據(jù)，防止以后客戶提出增加新功能時用，“油漆配方號"（定義為Word數(shù)據(jù)類型）和“油漆流量"（定義為整數(shù)數(shù)據(jù)類型），現(xiàn)在這兩個數(shù)據(jù)是在畫面上直接輸入，供漆系統(tǒng)直接接收的。

⑵在博途的程序文件下添加全局類型的DB塊，數(shù)據(jù)號為8，名稱為“工件工藝表1"，打開該數(shù)據(jù)塊，在里面添加名稱為“工件數(shù)據(jù)"，數(shù)據(jù)類型是以上面建立的數(shù)組“工件配方"的為類型，范圍是1到200的數(shù)組，如圖9所示，數(shù)據(jù)組展開后如圖10所示。并且把“Retain"掉電保持的選項勾選上。

圖9“工件工藝表1"數(shù)據(jù)組建立

圖10“工件工藝表1"數(shù)據(jù)組展開

⑶實際示教填表SCL程序的編寫：在博途的程序文件下添加函數(shù)功能塊FB63，定義輸入輸出接口，X軸位置、Y軸位置、Z軸位置、機器人路徑號、油漆編號、大工件號及HMI存數(shù)確認(rèn)、計數(shù)指針等參數(shù)。接口參數(shù)如圖11所示：

FB63主要程序編寫如下：

IF#HMI確認(rèn)脈沖=1AND#計數(shù)指針<=#大工件號then<p=“">

//從觸摸屏即子程序的IN口輸入數(shù)值放到DB工藝工件表中

“工件工藝表1".工件數(shù)據(jù)[#計數(shù)指針].天車X坐標(biāo)：=#X軸位置；

“工件工藝表1".工件數(shù)據(jù)[#計數(shù)指針].天車Z坐標(biāo)：=#Z軸位置；

“工件工藝表1".工件數(shù)據(jù)[#計數(shù)指針].機器人軌跡號：=#機器人路徑號；

“工件工藝表1".工件數(shù)據(jù)[#計數(shù)指針].油漆配方號：=#油漆編號；

#計數(shù)指針：=計數(shù)指針+1；

//每次輸入完一個數(shù)組后，指針加1，指向下一個位置

END_IF；

圖11實際示教填數(shù)接口參數(shù)

下面是其中一個大機翼示教的數(shù)據(jù)表，17個定點噴涂，才能完成整個零件的噴涂。

序號X軸坐標(biāo)值Y軸坐標(biāo)值Z軸坐標(biāo)值機器人軌跡號

注：X/Y/Z的單位是mm

表2大機翼示教數(shù)據(jù)表

自動時多重數(shù)組的讀

取過程

：

這個過程比較復(fù)雜，涉及到把存儲在“工件工藝表1"數(shù)組DB8里的每一組數(shù)據(jù)讀出來，然后把X軸位置、Y軸位置和Z軸位置通過PROFINET通訊傳給天車系統(tǒng)的S7-1200PLC，把機器人軌跡號通過PROFINET通訊傳給機器人系統(tǒng)的S7-1200PLC。根據(jù)懸掛式機器人噴涂系統(tǒng)噴涂工藝流程順序執(zhí)行。

自動讀取工件工藝表SCL程序的編寫：在博途的程序文件下添函數(shù)功能塊FB91，定義輸入輸出接口。接口參數(shù)如圖12所示：

圖12自動讀取工件工藝表接口參數(shù)

FB91部分程序編寫如下：

IF#啟動信號脈沖=1AND首步驟=0THEN

#o天車X坐標(biāo)：=“工件工藝表1".工件數(shù)據(jù)[#i開始步驟].天車X坐標(biāo)；

#o天車Y坐標(biāo)：=“工件工藝表1".工件數(shù)據(jù)[#i開始步驟].天車Y坐標(biāo)；

#o天車Z坐標(biāo)：=“工件工藝表1".工件數(shù)據(jù)[#i開始步驟].天車Z坐標(biāo)；

#o機器人軌跡號：=“工件工藝表1".工件數(shù)據(jù)[#i開始步驟].機器人軌跡號；

#o油漆配方號：=“工件工藝表1".工件數(shù)據(jù)[#開始步驟].油漆配方號；

#i開始步驟：=1；

#計數(shù)指針：=#i開始步驟；

#o查表完成天車回原點：=0；

END_IF；

六、結(jié)束語

本次項目使用西門子S7-1500PLC與TIA博途軟件，S7-SCL語言在編程過程中得到大量的應(yīng)用，相對于西門子PLC的其它類型編程語言而言，SCL在多重數(shù)組數(shù)據(jù)處理中優(yōu)勢明顯，要求循環(huán)使用的控制任務(wù)更方便，不僅程序量小，而且不易出錯，調(diào)試周期大大縮短，總體來說，采用S7-1500系列PLC在項目開發(fā)進程中，縮短了設(shè)計和調(diào)試周期，改進了設(shè)備調(diào)試的方法和效率，是工業(yè)裝備研發(fā)制造的一大利器。

本系統(tǒng)自投運以來，設(shè)備運行狀況良好，控制可靠穩(wěn)定，縮短噴涂作業(yè)周期長，提高生產(chǎn)效率，使工件的涂層厚度和均勻度都達到了理想的效果，極大地降低了工人的勞動強度和改善工作環(huán)境，得到了復(fù)材領(lǐng)導(dǎo)及一線員工的認(rèn)可。實現(xiàn)飛機制造從傳統(tǒng)的手工噴涂作業(yè)向高效、智能、**的自動化噴涂作業(yè)的跨越，滿足飛機整機性能指標(biāo)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強新一代飛機快速研制生產(chǎn)能力，提高航空工業(yè)核心競爭力

6ES7214-1HG40-0XB0參數(shù)詳細(xì)

設(shè)計方法編輯電源的電磁干擾水平是設(shè)計中難的部分，設(shè)計人員能做的多就是在設(shè)計中進行充分考慮，尤其在布局時。由于直流到直流的轉(zhuǎn)換器很常用，所以硬件工程師或多或少都會接觸到相關(guān)的工作，本文中我們將考慮與低電磁干擾設(shè)計相關(guān)的兩種常見的折中方案[1]。
電源設(shè)計中即使是普通的直流到直流開關(guān)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計都會出現(xiàn)一系列問題，尤其在高功率電源設(shè)計中更是如此。除功能性考慮以外，工程師必須保證設(shè)計的魯棒性，以符合成本目標(biāo)要求以及熱性能和空間限制，當(dāng)然同時還要保證設(shè)計的進度。
另外，出于產(chǎn)品規(guī)范和系統(tǒng)性能的考慮，電源產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)必須足夠低。不過，電源的電磁干擾水平卻是設(shè)計中難精確預(yù)計的項目。有些人甚至認(rèn)為這簡直是不可能的，設(shè)計人員能做的多就是在設(shè)計中進行充分考慮，尤其在布局時。

盡管本文所討論的原理適用于廣泛的電源設(shè)計，但我們在此只關(guān)注直流到直流的轉(zhuǎn)換器，因為它的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，幾乎每一位硬件工程師都會接觸到與它相關(guān)的工作，說不定什么時候就必須設(shè)計一個電源轉(zhuǎn)換器。本文中我們將考慮與低電磁干擾設(shè)計相關(guān)的兩種常見的折中方案;熱性能、電磁干擾以及與PCB布局和電磁干擾相關(guān)的方案尺寸等。
文中我們將使用一個簡單的降壓轉(zhuǎn)換器做例子，如圖1所示。普通的降壓轉(zhuǎn)換器普通的降壓轉(zhuǎn)換器圖1.普通的降壓轉(zhuǎn)換器在頻域內(nèi)測量輻射和傳導(dǎo)電磁干擾，這就是對已知波形做傅里葉級數(shù)展開，本文中我們著重考慮輻射電磁干擾性能。
在同步降壓轉(zhuǎn)換器中，引起電磁干擾的主要開關(guān)波形是由Q1和Q2產(chǎn)生的，也就是每個場效應(yīng)管在其各自導(dǎo)通周期內(nèi)從漏極到源極的電流di/dt。圖2所示的電流波形(Q和Q2on)不是很規(guī)則的梯形，但是我們的操作自由度也就更大，因為導(dǎo)體電流的過渡相對較慢，所以可以應(yīng)用HenryOtt經(jīng)典著作《電子系統(tǒng)中的噪聲降低技術(shù)》中的公式1。

Q1和Q2的波形Q1和Q2的波形圖2.Q1和Q2的波形In=2IdSin(nπd)/nπd×Sin(nπtr/T)/nπtr/T(1)其中，n是諧波級次，T是周期，I是波形的峰值電流強度，d是占空比，而tr是tr或tf的小值。
我們發(fā)現(xiàn)，對于一個類似的波形，其上升和下降時間會直接影響諧波振幅或傅里葉系數(shù)(In)。在實際應(yīng)用中，極有可能會同時遇到奇次和偶次諧波發(fā)射。如果只產(chǎn)生奇次諧波，那么波形的占空比必須精確為50%。而實際情況中極少有這樣的占空比精度。
諧波系列的電磁干擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測量漏源電壓VDS的上升時間tr和下降時間tf，或流經(jīng)Q1和Q2的電流上升率di/dt時，可以很明顯看到這一點。這也表示，我們可以很簡單地通過減緩Q1或Q2的通斷速度來降低電磁干擾水平。
事實正是如此，延長開關(guān)時間的確對頻率高于f=1/πtr的諧波有很大影響。不過，此時必須在增加散熱和降低損耗間進行折中。盡管如此，對這些參數(shù)加以控制仍是一個好方法，它有助于在電磁干擾和熱性能間取得平衡。具體可以通過增加一個小阻值電阻(通常小于5Ω)實現(xiàn)，該電阻與Q1和Q2的柵極串聯(lián)即可控制tr和tf，你也可以給柵極電阻串聯(lián)一個“關(guān)斷二極管"來控制過渡時間tr或tf(見圖3)。
這其實是一個迭代過程，甚至連經(jīng)驗豐富的電源設(shè)計人員都使用這種方法。我們的終目標(biāo)是通過放慢晶體管的通斷速度，使電磁干擾降低至可接受的水平，同時保證其溫度足夠低以確保穩(wěn)定性。用關(guān)聯(lián)二極管來控制過渡時間用關(guān)聯(lián)二極管來控制過渡時間圖3.用關(guān)聯(lián)二極管來控制過渡時間開關(guān)節(jié)點的物理回路面積對于控制電磁干擾也非常重要。
通常，出于PCB面積的考慮，設(shè)計者都希望結(jié)構(gòu)越緊湊越好，但是許多設(shè)計人員并不知道哪部分布局對電磁干擾的影響?；氐街暗慕祲悍€(wěn)壓器例子上，該例中有兩個回路節(jié)點(如圖4和圖5所示)，它們的尺寸會直接影響到電磁干擾水平