6ES7214-1HG40-0XB0參數詳細

存儲方面的區別。S7-200的程序存儲器和數據存儲器的大小是固定不變的，而S7-1200的程序存儲器和數據存儲器則是浮動的。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，可以化分配數據塊所占的存儲區。在保持存儲區方面，S7-200僅有數據區可以設置為保持，而S7-1200多可設置2048個字節的保持區，可以對數據塊中的離散變量設置保持性。在存儲卡容量方面，S7-1200的存儲卡可到24兆字節，對于S7-200和S7-1200存儲卡都是可選項，可以存放的內容相同。另外S7-1200的存儲卡還將用來實現存儲區擴展，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總控系統中的應用；從軟硬件設計方面，并結合現場調試實例，敘述了對關鍵功能的成功實現。

一、項目介紹

近年來，機器人自動化噴涂系統因其具有重復精度高、涂裝質量好、可靠性好、適用性強、效率高等眾多優點，已廣泛應用于汽車等工業領域。而目前航空產品制造過程仍舊是勞動密集、工序繁復、工況惡劣、輔以大量工裝夾具并以手工制造為主，自動化生產能力不足。在國家提出十三五規劃，大力發展智能制造2025的時代大背景下，中航工業復合材料制造所遠矚，在噴涂領域采用機器人進行自動化生產，加快了企業生產模式轉型升級，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自由度直角坐標變位天車上，可以在噴房范圍內（噴漆房內尺寸：L30m×W9m×6.5m）進行前后、左右、上下及旋轉等多個自由度的運動，機器人的手臂上帶有一支噴槍，能實現對大型復合材料工件外表面涂裝涂層的噴涂作業。

二、懸掛式機器人噴涂系統組成

懸掛式機器人噴涂系統由總控系統、天車系統（懸掛行走機構）、機器人系統、智能供漆系統以及視頻監控系統組成，系統網絡圖如圖1所示：

天車系統包括：

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

智能供漆系統由虹吸管、隔膜泵、物料罐、過濾器、2KS、調壓器、空打保護器等組成一套完整的供漆系統，是噴涂系統的重要組成部分，其承擔著從原料供應到原料調節預混配比等重要的作用，是執行機構的必要前提。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、控制系統架構

此套系統的總控系統控制器采用西門子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、機器人和供漆系統分別采用S7-1200作為控制器。S7-1500總控系統通過PROFINET總線與噴涂機器人系統、供漆系統和懸掛行走系統通訊，完成系統整體控制，實現對系統運行狀態的實時監控及操作，保證對整個工件的連續噴涂。控制系統架構如圖4所示，主控系統硬件設備表單，如下表1所示。

四、控制系統實現的功能

懸掛式機器人噴涂系統可以實現對天車系統和機器人噴涂系統的單獨進行操作。在現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、定位等。

供漆系統的現場屏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、流體調壓器狀態、2KS系統各種油漆的自動配比情況、氣動泵以及防空打保護器等。

機器人系統的現場屏TP700顯示X、Y、Z、RX、RY、RZ六軸移動情況。現場示教盒可對機器人進行離線軌跡規劃等。

總控制系統包括現場控制系統和遠程控制系統兩套組成。

現場控制系統能通過總線與機器人系統、懸掛行走系統和供漆系統通訊，完成系統整體控制，對整個工件的連續噴涂；遠程控制系統主要實現對系統運行狀態的實時監控及操作。

總控制系統能夠對分系統進行控制及狀態顯示。可對供漆系統自動進行換色、加料、清洗等操作。可對懸掛行走機構運動過程中產生的誤差進行修正。

五、噴涂工藝流程及控制的技術要點

懸掛式機器人噴涂系統噴涂工藝流程如下：

首先天車系統、供漆系統和噴涂系統準備就緒，工件進入位置，并定位→系統檢測工件實際位置→坐標擬合→示教（手動調試程序）→啟動運行，總控讀取噴漆“工件數據"，發噴涂“軌跡號"和噴涂“配方確認"信號給機器人噴涂系統→機器人噴涂系統讀取噴涂“軌跡號"和顏色“配方號"→機器人噴涂系統確定是當前噴涂配方，則給總控發出位置1的“噴涂申請"信號→懸掛系統三軸分別到達位置1后，發“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（調用噴涂程序1）→噴涂工件1號區域，噴涂完成，機器人回到HOME位后停止，并給總控發“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號區域工件數據，發噴涂“軌跡號"和噴涂“配方確認"信號給機器人噴涂系統→機器人噴涂系統讀取噴涂“軌跡號"和顏色“配方號"→機器人噴涂系統確定是當前噴涂配方，則給總控發出位置2的“噴涂申請"信號→懸掛系統三軸分別到達位置2后，發“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（調用噴涂程序2）→噴涂工件2號區域，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號區域，4號區域……n號區域，直至完成工件的全部噴涂任務→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為關鍵的核心部件，協調控制天車和機器人系統的工作。手動示教調試機器人程序時，要把工件在每個區域的天車X、Y、Z坐標值、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的數據塊里，系統自動運行時，再自動一步一步按照工藝順序調用已經存入的數據。

由于工件種類多，不同工件劃分的區域大小是不一樣的，而且每個區域是多個數值，存儲數據的DB塊是數據的嵌套，即為多重數組，所以DB塊的大小要開辟足夠大，才能滿足生產要求。總控若選擇普通的S7-300/400PLC用STEP7編程方式實現數據的存儲和讀取有一定的困難，故選擇S7-1500PLC采用TIA博途的SCL編程方式實現此功能，更加方便和容易。下面介紹實現過程。

工件工藝數據表的建立過程：

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"（定義為整數數據類型）、“天車Y坐標"（定義為整數數據類型）、“天車Z坐標"（定義為整數數據類型）和“機器人軌跡號"（定義為字節數據類型），外加兩個備用數據，防止以后客戶提出增加新功能時用，“油漆配方號"（定義為Word數據類型）和“油漆流量"（定義為整數數據類型），現在這兩個數據是在畫面上直接輸入，供漆系統直接接收的。

⑵在博途的程序文件下添加全局類型的DB塊，數據號為8，名稱為“工件工藝表1"，打開該數據塊，在里面添加名稱為“工件數據"，數據類型是以上面建立的數組“工件配方"的為類型，范圍是1到200的數組，如圖9所示，數據組展開后如圖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"數據組建立

圖10“工件工藝表1"數據組展開

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存數確認、計數指針等參數。接口參數如圖11所示：

FB63主要程序編寫如下：

IF#HMI確認脈沖=1AND#計數指針<=#大工件號then<p=“">

//從觸摸屏即子程序的IN口輸入數值放到DB工藝工件表中

“工件工藝表1".工件數據[#計數指針].天車X坐標：=#X軸位置；

“工件工藝表1".工件數據[#計數指針].天車Z坐標：=#Z軸位置；

“工件工藝表1".工件數據[#計數指針].機器人軌跡號：=#機器人路徑號；

“工件工藝表1".工件數據[#計數指針].油漆配方號：=#油漆編號；

#計數指針：=計數指針+1；

//每次輸入完一個數組后，指針加1，指向下一個位置

END_IF；

圖11實際示教填數接口參數

下面是其中一個大機翼示教的數據表，17個定點噴涂，才能完成整個零件的噴涂。

序號X軸坐標值Y軸坐標值Z軸坐標值機器人軌跡號

注：X/Y/Z的單位是mm

表2大機翼示教數據表

自動時多重數組的讀

取過程

：

這個過程比較復雜，涉及到把存儲在“工件工藝表1"數組DB8里的每一組數據讀出來，然后把X軸位置、Y軸位置和Z軸位置通過PROFINET通訊傳給天車系統的S7-1200PLC，把機器人軌跡號通過PROFINET通訊傳給機器人系統的S7-1200PLC。根據懸掛式機器人噴涂系統噴涂工藝流程順序執行。

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功能塊FB91，定義輸入輸出接口。接口參數如圖12所示：

圖12自動讀取工件工藝表接口參數

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：=“工件工藝表1".工件數據[#i開始步驟].天車X坐標；

#o天車Y坐標：=“工件工藝表1".工件數據[#i開始步驟].天車Y坐標；

#o天車Z坐標：=“工件工藝表1".工件數據[#i開始步驟].天車Z坐標；

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

#o油漆配方號：=“工件工藝表1".工件數據[#開始步驟].油漆配方號；

#i開始步驟：=1；

#計數指針：=#i開始步驟；

#o查表完成天車回原點：=0；

END_IF；

六、結束語

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用，相對于西門子PLC的其它類型編程語言而言，SCL在多重數組數據處理中優勢明顯，要求循環使用的控制任務更方便，不僅程序量小，而且不易出錯，調試周期大大縮短，總體來說，采用S7-1500系列PLC在項目開發進程中，縮短了設計和調試周期，改進了設備調試的方法和效率，是工業裝備研發制造的一大利器。

本系統自投運以來，設備運行狀況良好，控制可靠穩定，縮短噴涂作業周期長，提高生產效率，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境，得到了復材領導及一線員工的認可。實現飛機制造從傳統的手工噴涂作業向高效、智能、**的自動化噴涂作業的跨越，滿足飛機整機性能指標，提高產品質量，增強新一代飛機快速研制生產能力，提高航空工業核心競爭力

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設計方法編輯電源的電磁干擾水平是設計中難的部分，設計人員能做的多就是在設計中進行充分考慮，尤其在布局時。由于直流到直流的轉換器很常用，所以硬件工程師或多或少都會接觸到相關的工作，本文中我們將考慮與低電磁干擾設計相關的兩種常見的折中方案[1]。
電源設計中即使是普通的直流到直流開關轉換器的設計都會出現一系列問題，尤其在高功率電源設計中更是如此。除功能性考慮以外，工程師必須保證設計的魯棒性，以符合成本目標要求以及熱性能和空間限制，當然同時還要保證設計的進度。
另外，出于產品規范和系統性能的考慮，電源產生的電磁干擾(EMI)必須足夠低。不過，電源的電磁干擾水平卻是設計中難精確預計的項目。有些人甚至認為這簡直是不可能的，設計人員能做的多就是在設計中進行充分考慮，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計，但我們在此只關注直流到直流的轉換器，因為它的應用相當廣泛，幾乎每一位硬件工程師都會接觸到與它相關的工作，說不定什么時候就必須設計一個電源轉換器。本文中我們將考慮與低電磁干擾設計相關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的方案尺寸等。
文中我們將使用一個簡單的降壓轉換器做例子，如圖1所示。普通的降壓轉換器普通的降壓轉換器圖1.普通的降壓轉換器在頻域內測量輻射和傳導電磁干擾，這就是對已知波形做傅里葉級數展開，本文中我們著重考慮輻射電磁干擾性能。
在同步降壓轉換器中，引起電磁干擾的主要開關波形是由Q1和Q2產生的，也就是每個場效應管在其各自導通周期內從漏極到源極的電流di/dt。圖2所示的電流波形(Q和Q2on)不是很規則的梯形，但是我們的操作自由度也就更大，因為導體電流的過渡相對較慢，所以可以應用HenryOtt經典著作《電子系統中的噪聲降低技術》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。
我們發現，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(In)。在實際應用中，極有可能會同時遇到奇次和偶次諧波發射。如果只產生奇次諧波，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，該電阻與Q1和Q2的柵極串聯即可控制tr和tf，你也可以給柵極電阻串聯一個“關斷二極管"來控制過渡時間tr或tf(見圖3)。
這其實是一個迭代過程，甚至連經驗豐富的電源設計人員都使用這種方法。我們的終目標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定性。用關聯二極管來控制過渡時間用關聯二極管來控制過渡時間圖3.用關聯二極管來控制過渡時間開關節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，設計者都希望結構越緊湊越好，但是許多設計人員并不知道哪部分布局對電磁干擾的影響。回到之前的降壓穩壓器例子上，該例中有兩個回路節點(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