深度好文：西門子S7-1500PLC在拋光機工藝中的應(yīng)用

項目背景

       傳統(tǒng)的拋光加工，一般采用手工打磨，不能適應(yīng)現(xiàn)代多品種、小批量的生產(chǎn)要求，一般手工作業(yè)不僅費時費力、工作效率低下，產(chǎn)品一致性差，且操作環(huán)境惡劣，粉塵也嚴重影響工人的健康亟待改進。

       隨著機械工業(yè)的發(fā)展，顧客對產(chǎn)品外形和表面質(zhì)量要求的不斷提高，拋光越來越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)及民用產(chǎn)品上。采用新型的機器人拋光系統(tǒng)要比普通手工拋光更能保證加工精度，使加工效率大大提高，工人工作環(huán)境得到改善，同時為復(fù)雜空間曲面的加工開辟了一條更*的途徑。

行業(yè)工藝流程
       行李架工藝流程拋光的加工工藝流程如下，其中手工拋光用于拋產(chǎn)品的兩端頭、機器人拋光用于拋產(chǎn)品的本體：

       半成品→拋光前檢驗→手工拋光→機器人自動拋光→拋光后檢驗

       飾條類工藝流程拋光的加工工藝流程如下，其中手工拋光用于拋產(chǎn)品的兩端頭、機器人拋光用于拋產(chǎn)品的本體：

       半成品→拋光前檢驗→手工拋光→機器人自動拋光→拋光后檢驗

      設(shè)備布局：包括機械人拋光區(qū)、工位器具，工裝區(qū)，人工補拋區(qū)，產(chǎn)品暫存區(qū)，布置合理整體設(shè)備符合人機工程設(shè)計，詳見平面布局圖。
 

圖1：行李架拋光機器人示意圖

解決方案
       機器人拋光機設(shè)備可采用西門子S7-1500安全型PLC、西門子觸摸屏12寸屏、G120系列變頻器、V90伺服驅(qū)動裝置和KUKA機器人制造廠家重載機器人構(gòu)成，并且采用*機架擴展配置，該系統(tǒng)*采用基于PROFINET網(wǎng)絡(luò)的分布式I/O系統(tǒng)，與機器人控制器也采用PROFINET通訊方式，克服了傳統(tǒng)方案的缺點。

PLC 控制系統(tǒng)中S7-1500產(chǎn)品主要特點

1) 西門子公司新一代S7-1500集成了運動控制、工業(yè)信息安全和故障安全功能， 強大的CPU模塊功能可供用戶使用的充足的資源。

2) 從硬件方面說S7-1500PLC的處理速度更快，聯(lián)網(wǎng)能力更強，診斷能力和安全性更高，不僅可節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率，而且安全可靠，維護簡單方便，真正成為工廠客戶和現(xiàn)場維護人員的控制器。

3) S7-1500PLC的組態(tài)和編程效率更高，信息采集和查看更方便，這也是工程設(shè)計人員的福音。由于S7-1500PLC是無縫集成到TIA博途軟件中，無論是硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接和上位組態(tài)，還是軟件編程，其操作均簡單快捷。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
      機器人拋光機設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)主要有S7-1500F作為主站，將ET200MP分布式I/O系統(tǒng)、編碼器、變頻器、伺服驅(qū)動器V90、觸摸屏、機器人控制器集成到安全可靠地PROFINET網(wǎng)絡(luò)中下圖二 為網(wǎng)絡(luò)布置圖。

圖2：網(wǎng)絡(luò)布置圖

      S7-1500通過PROFINET通訊控制旋轉(zhuǎn)工作臺以及旋轉(zhuǎn)工裝的伺服驅(qū)動器。

       S7-1500運動控制功能支持旋轉(zhuǎn)軸、定位軸、同步軸和外部編碼器等工藝對象，并擁有軸控制面板以及全面的在線和診斷功能，有助于輕松完成驅(qū)動裝置的調(diào)試和優(yōu)化工作。旋轉(zhuǎn)工作臺以及工裝旋轉(zhuǎn)采用的是西門子V90伺服驅(qū)動器，控制方式采用的是S7-1500通過PROFINET總線連接驅(qū)動及編碼器，單個驅(qū)動裝置連接示意圖如下圖三，為連接示意圖。      

圖3：S7-1500通過PROFINET總線連接驅(qū)動器V90

       S7-1500通過PROFINET通訊控制拋光機的變頻器

       拋光機采用的是西門子G120系列變頻器，控制方式采用的是S7-1500通過PROFINET總線連接驅(qū)動器。

       S7-1500通過PROFINET通訊控制拋光機器人

       拋光機器人采用的庫卡制造廠家重載機器人，該機為6軸關(guān)節(jié)式機器人。以西門子PLC為核心，結(jié)合KUKA機器人 KRC4控制柜設(shè)計了PROFINET通訊系統(tǒng)如圖六所示。在該系統(tǒng)中,采用西門子S7-1500PLC作為主站，KRC4控制柜作為從站用來控制機械臂的運動和狀態(tài)。KRC4控制柜通過KLI接口與西門子交換機（SCALANCE）相連接，系統(tǒng)總線采用RJ45插頭的雙絞線。系統(tǒng)工作時，上級控制器S7-1500PLC通過外部自動運行接口向機器人控制系統(tǒng)發(fā)送機器人進程的相關(guān)信息：運行許可，故障確認，程序啟動等。機器人控制系統(tǒng)向上級控制器S7-1500PLC發(fā)送運行狀態(tài)與故障狀態(tài)的相關(guān)信息。PC作為組態(tài)和監(jiān)控的控制器對KRC4控制柜的PROFINET選項進行配置，并對PLC進行項目組態(tài)和運行狀態(tài)的監(jiān)控。
 

圖4： 通訊系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

總結(jié)：基于PROFINET通訊協(xié)議的系統(tǒng)解決方案可以實現(xiàn)KUKA機器人、伺服驅(qū)動器、變頻器以及觸摸屏與西門子S7-1500PLC的通訊，其通訊速度快，抗*力強，信號十分穩(wěn)定。通訊連接簡單，不需要安裝通訊模塊，減少了硬件的配置。并且很好的解決了在實際工程中經(jīng)常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸慢、經(jīng)常斷網(wǎng)的問題，優(yōu)化了生產(chǎn)線的通訊結(jié)構(gòu)，提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。