廖正菊，雷艷華，鄭元明

LIAO Zheng-ju, LEI Yan-hua, ZHENG Yuan-ming

（中國(guó)工程物理研究院 機(jī)械制造工藝研究所，綿陽(yáng) 621900）

西門子CP341通訊處理器在裝配機(jī)器人測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

Aplication of siemens CP341 communication processor in assembly robot measure control system

廖正菊，雷艷華，鄭元明

LIAO Zheng-ju, LEI Yan-hua, ZHENG Yuan-ming

（中國(guó)工程物理研究院 機(jī)械制造工藝研究所，綿陽(yáng) 621900）

本文介紹了CP341通訊處理器在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)和工控機(jī)構(gòu)建的測(cè)控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方法，以該處理器為紐帶，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)間大量數(shù)據(jù)和信號(hào)的雙向可靠傳輸，解決了系統(tǒng)的有效集成問(wèn)題。

840D數(shù)控系統(tǒng)；工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)；CP341通訊處理器

1 測(cè)控系統(tǒng)功能介紹

由840D數(shù)控系統(tǒng)和工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)共同構(gòu)建的測(cè)控系統(tǒng)是用于實(shí)現(xiàn)裝配中多個(gè)零件多參數(shù)的測(cè)量和位置調(diào)整，以保證各零件按既定的順序和位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確裝配。在對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行裝配時(shí)，首先需要進(jìn)行參數(shù)的測(cè)量，測(cè)量時(shí)零件通過(guò)運(yùn)動(dòng)，以獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，其測(cè)量結(jié)果是控制零件作位置調(diào)整的依據(jù)，因此，兩個(gè)系統(tǒng)在測(cè)量前后均需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的雙向交換。在設(shè)計(jì)中，采用了集成于840D系統(tǒng)中的PLC 組件CP341通訊處理器作為兩個(gè)系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)募~帶，并進(jìn)行通訊協(xié)議、NC和PLC軟件的開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的自動(dòng)交換。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖

在圖1中，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)對(duì)零件裝配時(shí)所需的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)采集卡、CCD和激光傳感器實(shí)現(xiàn)零件的中心位置、空間姿態(tài)和方位等參數(shù)的測(cè)量，PLC組織需要進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)，如：各軸的位置坐標(biāo)、測(cè)量命令、狀態(tài)信號(hào)等，并通過(guò)CP341通訊處理器的RS232接口與工控機(jī)的RS232連結(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

2 通訊協(xié)議設(shè)計(jì)

在CP341上固化有3964(R)通訊協(xié)議，用STEP7中的專用組態(tài)工具可直接設(shè)置傳輸?shù)牟ㄌ芈?、?shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)和奇偶校驗(yàn)以及接收幀結(jié)束方式等，但由于通訊雙方需要遵循相同的通訊協(xié)議，因此，在通訊方工控機(jī)端則需要進(jìn)行3964(R)通訊協(xié)議軟件開(kāi)發(fā)，在設(shè)計(jì)中，工控機(jī)端是在windows環(huán)境下，用VC語(yǔ)言進(jìn)行該協(xié)議的開(kāi)發(fā)。

數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，3964(R)在發(fā)送數(shù)據(jù)前后加一些控制字符形成發(fā)送信息幀，控制字符既是表示信息幀開(kāi)始或結(jié)束的標(biāo)志，也是發(fā)送方與接收方的握手信號(hào)，還可用來(lái)保證傳輸數(shù)據(jù)的完整，控制字符有：正文開(kāi)始字符STX(ASCII碼為02 H)，數(shù)據(jù)鏈路轉(zhuǎn)換字符DLE(10H)，正文結(jié)束字符ETX(03H)，塊校驗(yàn)字符BCC和否定應(yīng)答字符NAK(15H)。

3 定義發(fā)送和接收數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu)

在機(jī)器人測(cè)控系統(tǒng)中，需要定義通訊雙方發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)塊，本設(shè)計(jì)是以840D數(shù)控系統(tǒng)為控制主機(jī)，通過(guò)CP341通訊處理器向工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)定義為DB110（如圖2所示），從工控機(jī)端接收的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)定義為DB111（如圖3所示）。

圖2 發(fā)送數(shù)據(jù)塊DB110

在圖2中，需要測(cè)量的任務(wù)，由字符‘T’（DB0）和序號(hào)1－8（DB1）組成，對(duì)應(yīng)T1―T8命令；當(dāng)前零件號(hào) 1――9（DB4）；狀態(tài)命令DBX2.0和DBX3.0；各軸坐標(biāo)：軸名DBW10、當(dāng)前坐標(biāo)值DBD12，軸名DBW16 當(dāng)前坐標(biāo)值DBD18…等。

圖3 接收數(shù)據(jù)塊DB111

在圖3中，當(dāng)前測(cè)量的任務(wù)，由字符‘T’（DB0）和序號(hào)1－8（DB1）組成，對(duì)應(yīng)T1―T8命令；當(dāng)前測(cè)量零件號(hào) 1――9（DB4）；狀態(tài)命令：測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)量中 DBX2.0、測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量結(jié)束 DBX2.1、測(cè)量系統(tǒng)準(zhǔn)備好DBX3.0、測(cè)量系統(tǒng)重復(fù)測(cè)量DBX3.1、測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)有效DBX3.2等；各軸名及軸調(diào)整的坐標(biāo)值：軸名DBW10、調(diào)整坐標(biāo)值DBD12，軸名DBW16 目標(biāo)坐標(biāo)值DBD18…等。

4 CP341通訊處理器發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)

CP341通訊處理器提供了標(biāo)準(zhǔn)的S7軟件功能塊FB2和FB3，F(xiàn)B2用于實(shí)現(xiàn)PLC接收工控機(jī)端的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)塊DB111中，F(xiàn)B3用于實(shí)現(xiàn)將PLC數(shù)據(jù)塊DB110中的數(shù)據(jù)發(fā)送到工控機(jī)通訊方。

由于不同的測(cè)量任務(wù)，DB110中的數(shù)據(jù)內(nèi)容有所不同，在設(shè)計(jì)中，通過(guò)主控系統(tǒng)840D的NC執(zhí)行不同的M功能（M51-M58 ）和T功能，對(duì)應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)不同的測(cè)量任務(wù)和零件號(hào)，同時(shí)，PLC根據(jù)不同M功能，對(duì)DB110相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行填充。如當(dāng)執(zhí)行M51指令時(shí)，

當(dāng)NC程序執(zhí)行M50指令時(shí)，啟動(dòng)FB2，完成各任務(wù)數(shù)據(jù)的接收，NC根據(jù)接收的調(diào)整坐標(biāo)值對(duì)各軸進(jìn)行調(diào)整。過(guò)程如下：

通過(guò)NC執(zhí)行G01 X=“X1軸調(diào)整的目標(biāo)坐標(biāo)值 ”等，至此，經(jīng)工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的零件裝配參數(shù)得到調(diào)整，滿足了零件裝配要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

由CP341通訊處理器來(lái)建立兩個(gè)獨(dú)立智能系統(tǒng)間的通訊連結(jié)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的有效集成，并通過(guò)開(kāi)發(fā)3964（R）通訊協(xié)議、PLC和NC程序等，保證了大量數(shù)據(jù)和信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性，提高了整個(gè)機(jī)器人裝配過(guò)程的自動(dòng)化，并在實(shí)際裝配中得到應(yīng)用。

[1] Siemens,Install &Start-up Guide-FM-NC/840D/611D/MMC,Germany,2000,7.

[2] Siemens,Description of Function ,Germany,2000,7.

[3] Siemens,Program Guide-Advanced ,Germany,2000,7.

[4] Siemens,S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation ,Germany,2000,3.

[5] Siemens,Cp341 Manual ,Germany,2000,10.

[6] 廖常初.S7-300/400 PLC 應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

TP273

A

1009-0134(2010)10(下)-0033-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(下).10

2009-11-10

廖正菊（1972 -），女，四川綿陽(yáng)人，高工，主要從事數(shù)控設(shè)備的維修、改造和專機(jī)的研制開(kāi)發(fā)工作。