何琳鋒，王延盛

（天津機電職業(yè)技術學院，天津300000）

?

西門子EM253定位模塊在三軸機械手設備中應用

何琳鋒，王延盛

（天津機電職業(yè)技術學院，天津300000）

摘要：介紹應用西門子EM253定位模塊控制三軸機械手設備X軸（伺服電機）運行的方法，系統(tǒng)闡述了機械手X軸基于EM253定位模塊的應用及使用方法。以SKPLC-2自動化生產線為例，采用軟件位置控制向導創(chuàng)建指令實現(xiàn)機械手X軸精確移動定位，從而更精確的將分揀物品進行準確的位置分揀。

關鍵詞：EM253定位模塊；位置控制向導；S7-200 PLC（CPU224）；SKPLC-2

SKPLC-2自動生產線設備是以三軸機械手搬運分揀物品為核心的自動化設備，該設備采用S7-200 CPU224 PLC，由于西門子200系列PLC只能最多提供兩路高速脈沖輸出，分別為Q0.0和Q0.1.自動線設備機械手共有X軸、Y軸、Z軸三軸，為保證機械手工作精度高，移動位置精確，故將Y軸、Z軸分別采用PLC兩路高速脈沖輸出控制伺服電機運行，同時也為了X軸能夠精確移動，設備特增加西門子200系列擴展模塊EM253定位模塊，通過軟件創(chuàng)建位置控制向導，從而實現(xiàn)設備對三軸機械手的精確控制。本課題是通過PLC控制EM253定位模塊來構建PLC定位系統(tǒng)，給出了軟硬件結構的設計思路，對工業(yè)生產中生產線設備定位控制系統(tǒng)實現(xiàn)具有參考價值。

1　EM253定位模塊[1]

EM253定位模塊是西門子S7-200系列的特殊功能模塊，它能夠產生脈沖串，用于步進電機和伺服電機的速度和位置的開環(huán)控制。其與S7-200PLC通過I/O總線通訊，在I/O的組態(tài)中作為智能模塊，其組態(tài)信息存儲在S7200的V存儲區(qū)中。同時西門子200編程軟件海提供了位控向導，可以很方便的控制設備運行。定位模塊在設備中的接線I/O分配表如表1所列。

表1　接線I/O分配表

2　系統(tǒng)的總體設計

三軸機械手控制系統(tǒng)分為工控觸摸屏組態(tài)和下位機西門子PLC硬件兩大部分，觸摸屏是三軸機械手控制系統(tǒng)的大腦，主要采用威綸MT6070I 10寸觸摸屏制成的監(jiān)控系統(tǒng)，可以控制設備運行、參數(shù)數(shù)據(jù)記錄與調整、顯示系統(tǒng)當前工作狀態(tài)及存儲實時數(shù)據(jù)，向下位機PLC發(fā)出控制指令信號，從而使設備正常運行。

2.1硬件設計

整個自動生產線設備由觸摸屏（威倫）、下位機（西門子S7-200PLC）、定位控制模塊EM253、伺服電動機及伺服驅動器等組成，設備通過觸摸屏界面的控制按鈕可以控制設備啟停運行，同時也可以根據(jù)系統(tǒng)控制要求設定控制參數(shù)，從而實現(xiàn)自動化設備復雜的分揀控制要求，同時也可以通過觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)I/O狀態(tài)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)變量等數(shù)據(jù)。

2.2系統(tǒng)程序設計

根據(jù)STEP7-MicroWIN編程軟件創(chuàng)建位置控制向導，并根據(jù)控制要求設置向導中參數(shù)，特別注意以下幾點[2]：

（1）系統(tǒng)X軸限位開關正常工作狀態(tài)，以確定系統(tǒng)原點及限位開關輸入有效電位高低；

（2）EM253定位模塊地址應與軟件一致（可在軟件設定時通過讀取地址確定）；

（3）向導創(chuàng)建地址V存儲區(qū)不應被其它程序占用。

通過位控向導生成11個功能不同的控制子程序，根據(jù)需求選擇相應的控制子程序控制設備運行[3]。圖1為位控向導創(chuàng)建步驟。

圖1　位控向導創(chuàng)建

向導生成后必須要調用POS1_CTRL指令，用于使能和初始化EM253位控模塊（圖2為位控模塊初始化控制程序），通過指令可以實時檢測到電機運轉的當前位置、當前速度和當前方向。程序中使用SM0.0置位操作輸入?yún)?shù)“EN”，要確保每次CPU第一次由STOP狀態(tài)變?yōu)镽UN，啟動CTRL命令。如果設備急停按鈕處于松開狀態(tài)信號I1.5置位狀態(tài)，則置位操作輸入?yún)?shù)“MOD_EN”，可以保證其它的運動控制指令有效地從CPU發(fā)送到定位模板EM253.若外部急停按鈕拍下，I1.5復位狀態(tài)，復位操作輸入?yún)?shù)“MOD_EN”，則當前所用正在執(zhí)行的運動程序，均停止運行。

圖2　使能和初始化EM253位控模塊程序

通過調用POS1_RSEEK指令，可以使得機械手X軸電機返回原點，并以設定軌跡尋找到參考點。如圖3所示為X軸返回原點程序。置位操作輸入?yún)?shù)“EN”，并且在同一個掃描周期內，確保采用一個脈沖上升沿觸發(fā)操作輸入?yún)?shù)“START”，發(fā)送一個RSEEK命令給定位模板EM253.

圖3　機械手X軸返回原點程序

通過調用POS1_MAN指令，可以使得機械手X軸可以通過手動控制方式控制機械手前進后退，用于測量分揀工位X軸坐標位置，控制程序如圖4所示。僅僅在POS1_CTRL命令被執(zhí)行以后，才允許執(zhí)行POSX_MAN命令，置位輸入?yún)?shù)“RUN”，可以使電機按照指定的速度和方向運動。當電機運轉的時候，用戶可以改變速度值（speed）參數(shù)大小，但是不可以改變運動方向（Dir）參數(shù)。復位輸入?yún)?shù)“RUN”，可以使電機減速直到停止。

圖4　機械手手動控制前進與后退程序

通過調用POS1_GOTO指令，可以使得機械手X軸可以按照手動測試的位置信息，通過自動控制運行，按照系統(tǒng)要求進行自動控制運行，控制程序如圖5所示。置位操作輸入?yún)?shù)“EN”并且在同一個PLC掃描周期內，確保采用一個脈沖上升沿觸發(fā)信號，觸發(fā)操作輸入?yún)?shù)“START”，發(fā)送一個RUN命令給定位模板EM253，如果置位輸入?yún)?shù)“Abort”，則程序放棄當前正在執(zhí)行的運動。

圖5　機械手X軸自動運行控制程序

2.3觸摸屏監(jiān)控畫面設計

圖6為X軸組態(tài)控制畫面，上位機選擇威倫MT6070I觸摸屏，首先應建立組態(tài)上位機與PLC之間的通信連接，通過組態(tài)選擇PLC類型為SIEMENS S7-200 PPI，接口類型默認為RS485 2W，COM1通信端口，通信波特率為9 600.

圖6　機械手X軸組態(tài)控制畫面

根據(jù)PLC數(shù)據(jù)變量進行對觸摸屏畫面組態(tài)、連接，通過對畫面下載，可進行在線模擬，測試組態(tài)畫面的正確性。

2.4設備調試與運行[4]

（1）調整機械手硬件結構、左右限位開關位置以防止機械手發(fā)生碰撞致機械精度降低。

（2）檢測設備電源是否滿足供電需要，同時檢測設備PLC、觸摸屏、伺服驅動器電源線路是否正確。

（3）設備上電后設定伺服驅動器參數(shù)，使得伺服電動機可以按照要求準確運行。

（4）調試程序，最終使得設備能夠根據(jù)控制要求進行設備穩(wěn)定運行。

3　結束語

經(jīng)過對設備調試運行，可以得出利用西門子S7-200 PLC、EM253擴展模塊、伺服電機及驅動器等組成的三軸機械手控制系統(tǒng)具有結構簡單、性價比高、易于編程調試等優(yōu)點，可廣泛用于小型設備的分揀系統(tǒng)中，當需要實現(xiàn)復雜控制要求時只需要按照控制工藝流程圖更改程序中的相關參數(shù)即可，無需對程序大改動，對在設備中編程調試具有很便攜作用。

參考文獻：

[1]廖長初.PLC編程及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[2]西門子公司.S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊[M].2007.

[3]西門子公司.西門子S7-200PLC[M].北京：北京航空航天大學出版社，2015.

[4]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2013.

中圖分類號：TP242.2

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）04-0218-03

收稿日期：2016-01-16

作者簡介：何琳鋒（1986-），男，山西長治人，本科，助教，研究方向：可編程控制器、自動生產線安裝與調試、PLC及現(xiàn)場總線應用等自動化教學領域方向；王延盛（1985-），男，天津人，本科，講師，研究方向：工控組態(tài)控制技術、現(xiàn)場總線技術等自動化教學領域方向。

The Application of Siemens Em253 Location Module for Three Axis Manipulator Equipment

HE Lin-feng，WANG Yan-sheng
（Tianjin Vocational College of Mechanics and Electricity，Tianjin 300000，China）

Abstract:This paper introduces the operation method of Siemens EM253 location module controlling three axis manipulator equipment for the X axis（servo motor），which systematically describes the application and using methods of manipulator X axis based on EM253 location module.The SKPLC-2 automatic production line，for instance，use the position control wizard to create software instructions to achieve precise location of manipulator X axis，thus accurately position sorting the sorting items.

Key words:EM253 locatoin module；position control wizard；S7-200 PLC（CPU224）；SKPLC-2