西門子雙芯電纜

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1 路徑插補(bǔ)功能簡介

1.1 基本概念
插補(bǔ)的概念源于數(shù)控機(jī)床,。在數(shù)控機(jī)床中，刀具不能嚴(yán)格地按照要求加工的曲線(直線)運(yùn)動,，只能用折線軌跡逼近所要加工的曲線,。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)依照一定方法確定刀具運(yùn)動軌跡的過程，叫做插補(bǔ),。也可以說,，已知曲線上的某些數(shù)據(jù)，按照某種算法計算已知點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的方法,，或者稱為“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”。插補(bǔ)的動作過程：在每個插補(bǔ)周期（極短時間,，一般為毫秒級）內(nèi),，根據(jù)指令、進(jìn)給速度計算出一個微小直線段的數(shù)據(jù),，刀具沿著微小直線段運(yùn)動,，經(jīng)過若干個插補(bǔ)周期后，刀具從起點(diǎn)運(yùn)動到終點(diǎn),，完成輪廓的加工,。
路徑運(yùn)動初來自于機(jī)器人和CNC領(lǐng)域，用機(jī)器人編程語言或G-Code編程,。它是指在多維空間中,，通過一組軸的協(xié)作動作,，各軸之間無主從之分，它們按照設(shè)定的動態(tài)響應(yīng)特性,，實(shí)現(xiàn)路徑對象從起點(diǎn)到終點(diǎn)的的路徑軌跡運(yùn)動,。
路徑插補(bǔ)產(chǎn)生路徑的運(yùn)行軌跡，計算插補(bǔ)周期內(nèi)的路徑插補(bǔ)點(diǎn),，并通過機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)換獲得對應(yīng)插補(bǔ)周期內(nèi)插補(bǔ)點(diǎn)的各路徑軸設(shè)定值,。
隸屬于機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)的單獨(dú)軸在S7 technology中被為路徑軸，路徑軸通過路徑對象執(zhí)行路徑運(yùn)動,。參考圖1 路徑軸與路徑對象,。

圖1 路徑軸與路徑對象

1.2 S7-Technology 路徑功能特點(diǎn)

S7-Technology 路徑插補(bǔ)功能概述：

> 從S7-Technology V4.2開始
> 允許進(jìn)行3軸插補(bǔ)操作
> 路徑插補(bǔ)可以通過直線、圓弧,、多項(xiàng)式表示實(shí)現(xiàn)
> Move Path命令可以組成連續(xù)運(yùn)動
> 支持多種機(jī)械運(yùn)動學(xué)模型
> 可以與外部位置值同步,，實(shí)現(xiàn)傳送帶跟蹤功能

S7-Technology 路徑插補(bǔ)的技術(shù)特點(diǎn)：

> 所有的路徑軸都相互同步移動
> 所有的路徑軸都同時到達(dá)目標(biāo)位置
> 路徑軌跡的移動，將會始終是以一個固定的合成速度進(jìn)行 (如果動態(tài)
   特性限制沒有被超越)
> 低速度性能的軸,，決定了整個軌跡的高動態(tài)特性

路徑差補(bǔ)可以執(zhí)行多3軸之間的2D或者3D的線性,、圓弧或者多項(xiàng)式插補(bǔ)，路徑差補(bǔ)工藝對象(TO) ,，適用于機(jī)械運(yùn)動學(xué)控制范疇,，一個共同的系統(tǒng)中，可以存在多個機(jī)械運(yùn)動學(xué)控制結(jié)構(gòu),。同步于路徑軸的“同步軸”,，仍然可以實(shí)現(xiàn)同步控制，例如,，旋轉(zhuǎn),，凸輪開關(guān)，測量功能,。通過圖形化編輯器,，可以簡便地設(shè)置機(jī)械運(yùn)動學(xué)控制系統(tǒng)的參數(shù)；通過動態(tài)特性輪廓窗口,，可以輕松定義路徑的動態(tài)特性,；通過軌跡點(diǎn)表格，可以輕松定義路徑差補(bǔ),，計劃目的地路徑,。另外還可以定義保護(hù)防撞區(qū)域和實(shí)現(xiàn)傳送帶位置的精確跟蹤。

1.3 機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)的選擇
T-CPU 所實(shí)現(xiàn)運(yùn)動學(xué),，等同于人們過去所熟悉機(jī)械運(yùn)動學(xué),。可以將它們分為如下兩種不同的類型。參考圖2 在 T-CPU 中集成的機(jī)械運(yùn)動學(xué),。

圖2 在 T-CPU 中集成的機(jī)械運(yùn)動學(xué)

不同的機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)TCP (Tool Center Point,，工具中心點(diǎn)或機(jī)械運(yùn)動端點(diǎn))相同的路徑運(yùn)動功能。盡管在某些情況下,，不同的機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)相同的路徑運(yùn)動,，但是，如果機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)選擇不合理,，將有可能無法完成的路徑功能,。所以，必須根據(jù)實(shí)際的工藝需求選擇合適的機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng),，并在工廠布局中考慮該機(jī)構(gòu)的的合理安裝位置,。參考圖3 不同機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。

圖3 不同機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化

2 路徑插補(bǔ)的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 運(yùn)動學(xué)模型簡介
常用的運(yùn)動學(xué)模型請參考圖 4 運(yùn)動學(xué)模型,。

圖 4 運(yùn)動學(xué)模型

下面介紹一些常用的運(yùn)動學(xué)模型,。直角坐標(biāo)機(jī)器人 (英文名：Cartesian coordinate robot)，大型的直角坐標(biāo)機(jī)器人也稱桁架機(jī)器人或龍門式機(jī)器人,，由多個運(yùn)動自由度建成空間直角關(guān)系的,、多用途的操作機(jī)器。工作的行為方式主要是通過完成沿著X,、Y,、Z軸上的線性運(yùn)動。因末端操作工具的不同,，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用作各種自動化設(shè)備,，完成如焊接、搬運(yùn),、上下料,、包裝、碼垛,、拆垛,、檢測、探傷,、分類,、裝配、貼標(biāo),、噴碼、打碼,、（軟仿型）噴涂等一系列工作,。參考圖5 直角坐標(biāo)機(jī)器人。

圖5 直角坐標(biāo)機(jī)器人

SCARA 機(jī)器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊工業(yè)機(jī)器人。有3個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),，其軸線相互平行,，在平面內(nèi)進(jìn)行定位，另一個關(guān)節(jié)是移動關(guān)節(jié),，用于完成機(jī)械末端在垂直平面的運(yùn)動,。SCARA機(jī)器人在x,y方向上具有良好的順從性、靈活性,，而在Z軸方向具有良好的剛度,，此特性特別適合于裝配工作。SCARA機(jī)器人廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè),、汽車工業(yè),、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域,。它的主要職能是搬取零件和裝配工作,。 參考圖6 SCARA 機(jī)器人。

圖6 SCARA 機(jī)器人

鉸鏈型機(jī)械臂：有很高的自由度,，可以多至5~6軸,，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作，可以自由編程,，完成全自動化的工作, 提高生產(chǎn)效率,；可以代替很多不適合人力完成、有害身體健康的復(fù)雜工作,，比如,，汽車外殼點(diǎn)焊。參考圖 7 鉸鏈型機(jī)械臂,。

圖7鉸鏈型機(jī)械臂

Delta 3D機(jī)器人：外形酷似一只蜘蛛,，這種*的幾何結(jié)構(gòu)賦予了它們質(zhì)量輕，強(qiáng)度大,，輕便靈活,，節(jié)省空間，高速,，敏捷,；適用于高速分揀。參考圖8 Delta 3D機(jī)器人,。

圖8 Delta 3D機(jī)器人

2.2 路徑插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方法
首先需要做軸的定義,，選擇“Path interploation”。參考圖 9 路徑軸的定義,。

圖9 路徑軸的定義

1. 模板介紹

1.1 總覽
ET200S 1 步進(jìn)模板輸出脈沖來控制步進(jìn)電機(jī) ,，輸出脈沖的數(shù)量決定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動距離,，輸出脈沖的頻率決定步進(jìn)電機(jī)的速度。
模板訂貨號: 6ES7138-4DC00-0AB0

1.2 模板參數(shù)

西門子雙芯電纜
圖. 1: 步進(jìn)電機(jī)模板

• 1 通道,，可控制1個步進(jìn)電機(jī)
• 數(shù)字量輸入的參考點(diǎn)開關(guān)
• 外部停止或者外部脈沖使能數(shù)字輸入
• 脈沖和方向信號時RS422的差分輸出模式
• 大輸出頻率: 204kHZ
• 大脈沖數(shù): 1048575
• 4 LED 狀態(tài)指示燈
• 2 操作模式：尋找參考點(diǎn)和增量模式

2. 模板接線


圖. 2: 步進(jìn)模板接線圖

• 端子1和5：脈沖差分信號
• 端子4和8：差分輸出的方向信號
• 端子2和3：外部停止或者外部脈沖使能數(shù)字量輸入ID,。(功能選擇見 4.2 )
• 端子6和7：數(shù)字量輸入?yún)⒖键c(diǎn)開關(guān)

3. 硬件配置
步進(jìn)模板可以安裝在ET 200S接口模板或者 ET200S CPU后面。
本文使用 IM151-7 CPU 為例,。

表 1: 軟件和硬件配置


圖. 3: ET200S 站的配置圖

4. 硬件和參數(shù)設(shè)置

4.1 硬件配置
1) 根據(jù)圖. 2 和圖. 3完成ET200S的接線
2) 打開STEP7,，創(chuàng)建一個新項(xiàng)目，并插入一個S7-300站
3) 從硬件目錄中選擇IM151-7 CPU直接拖拽到站配置窗口

圖. 4: 插入IM151-7 CPU

4) 依次在4槽和5槽插入電源模板 PM-E DC24 和步進(jìn)模塊

圖. 5: 硬件配置

4.2 模板參數(shù)配置


圖. 6: 步進(jìn)模塊參數(shù)接口

4.2.1 模板參數(shù)說明
1) 組診斷：組診斷
2) 基準(zhǔn)頻率：基準(zhǔn)頻率,，以Hz為單位,，標(biāo)識Fb
3) 增益 n: 增益系數(shù) n，值范圍 1-255. 此增益系數(shù)決定啟動/停止頻率 Fss,，并且計算公式為： Fss=Fb×n
4) 時間 i: 時間系數(shù) i, 值范圍 1-255. 該時間系數(shù)以Hz/ms決定加速和減速,，計算公式為: a = Fb ×R / (i×0.128 ms)
5)功能 DI: 數(shù)字量輸入DI 功能可選，可以被組態(tài)為外部脈沖輸入或者外部停止信號,，缺省是外部脈沖且已使能,。
6) 外部 Stop, 限位 Stop: 外部 stop, 信號類型停止開關(guān). 接觸器觸點(diǎn)是常閉信號，以確保該接觸器信號,，缺省是讀取常閉信號,。

4.2.2 本文所例參數(shù)設(shè)置如下
本例參數(shù)配置見圖. 6.
1) 沒有激活組診斷
2) 基準(zhǔn)頻率 4Hz
3) 乘法系數(shù) 1, 啟動/停止頻率 4Hz
4) 時間系數(shù) 1, 加速/ 減速 31.25 Hz/ms
5) 使能外部輸入脈沖
6) 外部輸入停止和限位信號為常閉類型

5. 編程

5.1 模板輸入/輸出地址分配
與其它ET200S功能塊類似，1STEP步進(jìn)模板也通過直接讀寫I/O地址來對模板進(jìn)行控制和訪問的,。
反饋信號 (輸入), 占用 8 字節(jié). 如表 2 輸入地址分配所示,。
控制信號 (輸出), 占用 8 字節(jié). 如表 3 輸出地址分配所示。

DP從站


ET200 L
6ES7 131－1EH00－0XB0－電子模塊DI 16 x AC 120V
6ES7 133－1EH00－0XB0－電子模塊DI8/DO8 x AC120V
6ES7 133－1JH00－0XB0－電子模塊DI8/RO8 x AC120V
6ES7 133－1BL01－0XB0－ET 200L 16DI/16DO DC 24V/0.5A


ET200 M
6ES7 153－1AA03－0XB0－IM 153－1,，分布式,，PROFIBUS-DP
6ES7 153－1AA83－0XB0－IM 153－1，分布式,，PROFIBUS-DP


ET200 S
6ES7 151-1CA00-0AB0 - ET 200S接口模塊IM151-1 基本型
6ES7 151-1AB02-0AB0 - ET 200S接口模塊IM151-1 FO STANDARD
6ES7 151-1BA00-0AB0 - ET 200S接口模塊IM151-1 High Feature
6ES7 151-1AA03-0AB0 - ET 200S接口模塊IM151-1 標(biāo)準(zhǔn)型


ET200 X
6ES7 147-1AA01-0XB0 - ET200X：基礎(chǔ)模塊BM147/CPU
6ES7 147-1AA10-0XB0 - ET 200X：基礎(chǔ)模塊BM147-1 CPU
6ES7 141-1BF01-0XB0 - ET200X：基礎(chǔ)模塊BM141,，8DI
6ES7 141-1BF01-0AB0 - ET 200X：BM141 - ECOFAST RS485 8DI
DP主站


C7
6ES7 626-2DG04-0AE3 - SIMATIC C7-626/P DP，成套設(shè)備
6ES7 633-2BF02-0AE3 - SIMATIC C7-633 DP,，成套設(shè)備
6ES7 634-2BF02-0AE3 - SIMATIC C7-634 DP,，成套設(shè)備e
6ES7 635-2EC01-0AE3 - SIMATIC C7-635 Keys，成套設(shè)備
6ES7 635-2EB01-0AE3 - SIMATIC C7-635 Touch
6ES7 636-2EC00-0AE3 - SIMATIC C7-636 Keys,，成套設(shè)備


S7-300
6ES7 313-6CE01-0AB0 - CPU313C-2 DP,，32KB，16DI/16DO,；DP-SS M/S
6ES7 314-6CF01-0AB0 - CPU314C-2 DP,，48KB，24DI/16DO/4AI/2AO,，DP-SS M/S
6ES7 315-2AF03-0AB0 - CPU 315-2 DP, 64 kB,，0.3 ms/kAW
6ES7 315-2AG10-0AB0 - CPU 315-2DP, 128 kB,，0.1 ms/kAW
6ES7 315-6FF01-0AB0 - CPU 315F
6ES7 316-2AG00-0AB0 - CPU 316-2DP,，128kB, 0.3 ms/kAW
6ES7 317-2EJ10-0AB0 - CPU 317-2 PN/DP,，512 kB，0.05 ms/kAW
6ES7 317-6FF00-0AB0 - CPU 317F-2DP,，512 kB,，0.1 ms/kAW
6ES7 318-2AJ00-0AB0 - CPU 318-2，512 kB,，0.1ms/kAW


S7-400
6ES7 412-1XF03-0AB0 - CPU 412-1,，96 kB，0.2ms/kAW
6ES7 412-2XG00-0AB0 - CPU 412-2,，144 kB,，0.2ms/kAW
6ES7 414-2XG03-0AB0 - CPU 414-2，256 kB,，0.1ms/kAW
6ES7 414-3XJ00-0AB0 - CPU 414-3,，768 kB，0.1ms/kAW
6ES7 416-2XK02-0AB0 - CPU 416-2,，1.6 MB,，0.08ms/kAW
6ES7 416-3XL00-0AB0 - CPU 416-3，3.2 MB,，0.08ms/kAW
6ES7 416-2FK02-0AB0 - CPU 416F-2,，1.6 MB，0.08ms/kAW
6ES7 417-4XL00-0AB0 - CPU 417-4,，4 MB


以下是S7-300系列所有型號及配件.參數(shù)：
電源模板:  
   6ES7 307-1BA00-0AA0 電源模塊(2A) 
   6ES7 307-1EA00-0AA0 電源模塊(5A) 
   6ES7 307-1KA01-0AA0 電源模塊(10A) 
CPU：  
   6ES7 312-1AE13-0AB0 CPU312,，16K內(nèi)存 
   6ES7 312-5BE03-0AB0 CPU312C，16K內(nèi)存 
   6ES7 313-5BF03-0AB0 CPU313C,，32K內(nèi)存 
   6ES7 313-6BF03-0AB0 CPU313C-2PTP,，32K內(nèi)存 
   6ES7 313-6CF03-0AB0 CPU313C-2DP，32K內(nèi)存 
   6ES7 314-1AG13-0AB0 CPU314,48K內(nèi)存 
   6ES7 314- 6BG03 -0AB0 CPU314C-2PTP 
   6ES7 314-6CG03-0AB0 CPU314C-2DP 
   6ES7 315-2AG10-0AB0 CPU315-2DP, 128K內(nèi)存 
   6ES7 315-6FF01-0AB0 CPU315F-2DP,192K內(nèi)存 
   6ES7 317-2AJ10-0AB0 CPU317-2DP,512K內(nèi)存 
   6ES7 317-2EJ10-0AB0 CPU317-2PN/DP,512K內(nèi)存 
   6ES7 317-6FF00-0AB0 CPU317F-2DP,512K內(nèi)存 
   6ES7 317-6TJ10-0AB0 CPU317T-2DP技術(shù)型,512K內(nèi)存 
內(nèi)存卡:  
   6ES7 953-8LF11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡 64kByte(MMC) 
   6ES7 953-8LG11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡128KByte(MMC) 
   6ES7 953-8LJ11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡512KByte(MMC) 
   6ES7 953-8LL11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡2MByte(MMC) 
   6ES7 953-8LM11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡4MByte(MMC) 
   6ES7 953-8LP11-0AA0 SIMATIC Micro內(nèi)存卡8MByte(MMC) 
   6ES7 951-0KD00-0AA0 FEPROM 內(nèi)存卡16K 
   6ES7 951-0KE00-0AA0 FEPROM 內(nèi)存卡32K 
   6ES7 951-0KF00-0AA0 FEPROM 內(nèi)存卡64K 
   6ES7 951-0KG00-0AA0 FEPROM 內(nèi)存卡128K 
   6ES7 971-1AA00-0AA0 鋰電池 3.6V/0.95AH 
開關(guān)量模板: 
   6ES7 321-1BH02-0AA0 開入模塊（16點(diǎn),，24VDC） 
   6ES7 321-1BH50-0AA0 開入模塊（16點(diǎn),，24VDC，源輸入） 
   6ES7 321-1BL00-0AA0 開入模塊（32點(diǎn),，24VDC） 
   6ES7 321-7BH01-0AB0 開入模塊（16點(diǎn),，24VDC，診斷能力） 
   6ES7 321-1EL00-0AA0 開入模塊（32點(diǎn),，120VAC） 
   6ES7 321-1FF01-0AA0 開入模塊（8點(diǎn),，120/230VAC） 
   6ES7 321-1FH00-0AA0 開入模塊（16點(diǎn)，120/230VAC） 
   6ES7 322-1BH01-0AA0 開出模塊（16點(diǎn),，24VDC） 
   6ES7 322-5GH00-0AB0 開出模塊（16點(diǎn),，24VDC,，獨(dú)立接點(diǎn)，故障保護(hù)） 
   6ES7 322-1BL00-0AA0 開出模塊（32點(diǎn),，24VDC） 
   6ES7 322-1FL00-0AA0 開出模塊（32點(diǎn),，120VAC/230VAC） 
   6ES7 322-1BF01-0AA0 開出模塊（8點(diǎn)，24VDC,，2A） 
   6ES7 322-1FF01-0AA0 開出模塊（8點(diǎn),，120V/230VAC） 
   6ES7 322-5FF00-0AB0 開出模塊（8點(diǎn)，120V/230VAC,，獨(dú)立接點(diǎn)） 
   6ES7 322-1HF01-0AA0 開出模塊（8點(diǎn),繼電器,2A） 
   6ES7 322-1HF10-0AA0 開出模塊（8點(diǎn),繼電器,5A,，獨(dú)立接點(diǎn)） 
   6ES7 322-1HH01-0AA0 開出模塊(16點(diǎn),繼電器) 
   6ES7 322-5HF00-0AB0 開出模塊（8點(diǎn),繼電器,5A，故障保護(hù)） 
   6ES7 322-1FH00-0AA0 開出模塊（16點(diǎn),，120V/230VAC） 
   6ES7 323-1BH01-0AA0 8點(diǎn)輸入,，24VDC；8點(diǎn)輸出,，24VDC模塊 
   6ES7 323-1BL00-0AA0 16點(diǎn)輸入,，24VDC；16點(diǎn)輸出,，24VDC模塊