廖正菊 張嘉彧

（①中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽 621900；②西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司，北京 100015）

西門子840D數(shù)控系統(tǒng)軸同步功能在安全保護(hù)方面的研究

廖正菊①?gòu)埣螐?/p>

（①中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽 621900；②西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司，北京 100015）

簡(jiǎn)要介紹西門子840D數(shù)控系統(tǒng)軸同步功能在裝配機(jī)器人中產(chǎn)品安全保護(hù)方面的應(yīng)用。由于裝配產(chǎn)品很特殊，具有很大的危險(xiǎn)性，因此要求裝配設(shè)備必須保證產(chǎn)品裝配中的安全。為此，采用了多種安全保護(hù)措施，采用840D的軸同步功能就是措施之一，有效提高裝配設(shè)備在異常情況下對(duì)產(chǎn)品的保護(hù)。

840D數(shù)控系統(tǒng) 軸同步 安全保護(hù)

裝配機(jī)器人控制系統(tǒng)主要由西門子840D數(shù)控系統(tǒng)和工控機(jī)測(cè)量系統(tǒng)組成，軸同步功能由840D數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)需要，在裝配中隨時(shí)接通或斷開此功能，既完成無產(chǎn)品時(shí)各軸的自由運(yùn)動(dòng)，又完成有產(chǎn)品時(shí)的安全保護(hù)功能。

1 裝配機(jī)器人系統(tǒng)功能簡(jiǎn)要介紹

裝配機(jī)器人的主控系統(tǒng)是840D數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)置S7－300 PLC邏輯控制器，與611D伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)裝配中所需的 11 個(gè)軸（X、Y、Z、C1、C2、C3、W、Z1、Z2、W1、W2）的精確位置控制和動(dòng)作的實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制。其中X、Y、Z、C1控制機(jī)械手移動(dòng)軌跡，W1、W2控制產(chǎn)品姿態(tài)，C2、C3為工作臺(tái)，Z1、Z2與Z形成同步軸。

裝配機(jī)器人的機(jī)械手按照不同的裝配工藝，快速、準(zhǔn)確完成產(chǎn)品抓取、測(cè)量、移動(dòng)、就位。這個(gè)過程中存在一個(gè)較大的安全隱患，就是當(dāng)垂直軸Z向下移動(dòng)時(shí)，由于Z軸運(yùn)動(dòng)異?？赡軐?duì)產(chǎn)品造成損壞，可能危及人員的生命安全。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了Z1、Z2軸（以下簡(jiǎn)稱保護(hù)機(jī)構(gòu)），通過活動(dòng)的機(jī)械擋塊限制Z軸異常向下運(yùn)動(dòng)，Z、Z1、Z2被稱為同步軸，其結(jié)構(gòu)見圖1。

在圖1中，Z軸擋塊左右各一個(gè)CamZL/CamZR，Z1軸擋塊 CamZ1，Z2軸擋塊 CamZ2，CamZR/CamZL擋塊分別在CamZ1/CamZ2上面，阻止CamZR/CamZL擋塊向下運(yùn)動(dòng)，起到保護(hù)作用。

2 軸同步功能設(shè)計(jì)

Z、Z1、Z2軸運(yùn)行的模式設(shè)計(jì)如下：

非保護(hù)模式：同步無效，CamZ1/CamZ2擋塊移動(dòng)到最下端位置，這樣Z軸在其行程內(nèi)自由移動(dòng)；

保護(hù)模式：CamZ1/CamZ2擋塊移動(dòng)到 CamZR/CamZL下方，擋塊間距控制在一定范圍內(nèi)，同步生效，CamZ1/CamZ2隨CamZR/CamZL同步移動(dòng)，起到產(chǎn)品保護(hù)目的。

3 軸同步功能控制軟件設(shè)計(jì)

軸同步功能是在相關(guān)硬件環(huán)境下，通過編制相應(yīng)的控制程序來實(shí)現(xiàn)的。這里包括兩部分，一部分為PLC、一部分為NC。PLC完成自動(dòng)、手動(dòng)操作，完成異步NC程序的設(shè)置、啟動(dòng)，其過程參見3.1；NC完成異步NC程序運(yùn)行，包括保護(hù)模式、非保護(hù)模式，其過程參見 3.2。

3.1 PLC程序執(zhí)行過程

PLC根據(jù)手動(dòng)操作信號(hào)和NC的M功能，設(shè)置啟動(dòng)同步生效NC程序信號(hào)#SYN1_Start和同步無效NC程序信號(hào)#SYN2_Start，利用#SYN1_Start、#SYN2_Start信號(hào)及″PI_SERV″功能塊，選擇NC程序Z1/Z2 SYN_ON.SPF 或 Z1/Z2 SYN_OF.SPF，再利用″ASUP″功能塊啟動(dòng)選擇的NC程序，并顯示Z、Z1、Z2當(dāng)前同步狀態(tài)。其控制過程如下：

（1）設(shè)置啟動(dòng)信號(hào)

（2）選擇對(duì)應(yīng)的NC程序

（3）啟動(dòng)NC程序

（4）顯示同步狀態(tài)

3.2 NC程序執(zhí)行過程

這里，我們通過設(shè)計(jì)兩個(gè)NC子程序完成保護(hù)機(jī)構(gòu)的控制：Z_SYNC_ON.SPF，保護(hù)機(jī)構(gòu)生效即保護(hù)模式；Z_SYNC_OFF.SPF，保護(hù)機(jī)構(gòu)無效即非保護(hù)模式。

（1）保護(hù)機(jī)構(gòu)無效運(yùn)行過程

①Z1、Z2同步取消

②Z1/Z2下降到設(shè)置位置

③保護(hù)機(jī)構(gòu)無效功能執(zhí)行結(jié)束

（2）保護(hù)機(jī)構(gòu)生效運(yùn)行過程①Z1、Z2同步取消

②Z、Z1、Z2 軸到同步位置

③修正Z軸正負(fù)限位值

⑤保護(hù)機(jī)構(gòu)生效功能執(zhí)行結(jié)束

4 結(jié)語

增加保護(hù)機(jī)構(gòu)，雖然增加了設(shè)備的復(fù)雜性，但有效地提高了產(chǎn)品裝配的安全系數(shù)，這是一個(gè)非常重要的技術(shù)保障。經(jīng)過大量的試驗(yàn)證明，采用該技術(shù)，既保證了產(chǎn)品安全，減輕操作者的工作壓力，又提高了裝配效率。此技術(shù)將在同類裝配設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。

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

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

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

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

5 Siemens，Cp341 Manua［lZ］，Germany，2000.

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Siemens 840D CNC System Axis Synchronization Function in Security Research

LIAO Zhengju①，ZHANG Jiayu②
（ Institute of Machinery Manufacturing Technology，China Academy of Engineering Physics，Mianyang 621900，CHN；②Siemens Factory Automation Engineering Ltd.，Beijing 100015，CHN）

This paper introduces the Siemens 840D CNC system axis synchronization in special assembly equipment（assembly robots），the product safety protection applications.As the assembled product is special，with a great deal of risk，thus requiring assembly equipment must ensure the security of product assembly.To this end，we use a variety of security measures with 840D shaft synchronization is one of the measures to effectively improve the assembly equipment in exceptional circumstances，the protection of the product.

840D CNC System；Axis Synchronization；Security

廖正菊，女，1972年生，高工，從事數(shù)控設(shè)備的維修、改造和專機(jī)的研制開發(fā)工作。

（編輯 余 捷） （

2009－10－02）

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