西门子6GK7243-1EX01-0XE0型号介绍

西门子6GK7243-1EX01-0XE0型号介绍

1  前言

伴随着中国制造业的转型升级，制造业领域对成熟的产业工人的需要越来越大，这势必会带来劳动力成本的增加，随之而来的还有人员的安全**、操作工人的统一管理，以及产品质量的稳定性等一系列问题，这些都制约着企业的高速发展。而随着智能无人化工厂的兴起，工业机械人的大量应用能够有效地解决这一难题。

目前，各种机床制造商纷纷转投工业机械人这一新兴产业，去研发相关的机械人设备。但是，在市场上，他们面对的往往是通用型的控制系统，如PLC+伺服控制系统，这些系统只能构建相对简单的机械手控制，并不能满足复杂和可靠的运动控制。而专用的机械人系统，不但价格高，而且可开发性不足，往往不能满足各行各业工艺客制化的需求。目前，台达整体解决方案已经能够有效地解决这一问题。

2  机械设计和动作要求

机床上下料搬运机械手多为桁架结构，通常由2~4轴直角坐标系机械模组组成，其中X轴为水平轴，多为齿轮齿条设计，负责将零件移动到不同的机床工位，而Z轴为垂直轴，多为丝杆结构或者齿轮齿条设计，负责将零件提升到安全高度或者下降到机床可装夹高度。如果再配合机械手顶部配合旋转A轴或者B轴机构，还能够实现零件的反转、转向等更多复杂的装夹动作。而X轴*大行程可到达20米以上，能够满足整条生产线多台机床之间的零件搬运工作。

3  机床上下料搬运机械手的控制要求

独立性：机床搬运机械手的控制系统往往为独立的控制系统，不依靠机床的控制器进行控制，机械手的运行只需根据预设参数、CNC与机械手之间的I/O信号或者通讯总线交换数据来实现运行，不影响机床运转。

可靠性：对于长距离搬运机械手安装而言，当采用齿轮和齿条设计时，X轴和Z轴伺服电机往往安装在行走机构上，跟随机械手一起行走，但因为驱动器和电机距离太远，这样设计往往会引起编码器线信号衰减问题。而如果将驱动器也安装到行走机构上，控制器和驱动器之间的命令信号也同样会面临信号衰减、杂讯干扰的风险。所以，如何稳定可靠地解决命令传输问题也是衡量控制系统可靠性的关键因素。

便捷性：当驱动器安装在行走机构上后，使用者往往希望驱动器的体积更小，以减少整个机构安装的空间。

高响应和实时性：对于高端的控制系统，还需要诸如运动坐标实时反馈功能、示教功能，以及可靠度的安全防护功能等。

4  基于台达高速运动总线的机械手整体解决方案

4.1控制架构的创新

在传统的运动控制架构中，运动控制往往依赖于中央控制器，如PLC单元。同人的神经网络一样，PLC系统扮演着大脑的角色，用户由HMI输入数据，PLC在负责将运动命令通过脉冲方式或者总线方式下达给伺服系统同时，还要处理外部的I/O逻辑命令，如急停、高速中断响应等。控制的轴数越多， PLC的负担越重，处理速度越慢，而且成本也越高。

与传统的控制架构不同，借助于分散式的设计理念，台达机械手解决方案主要由HMC运动控制器和台达M系列三合一伺服两部分构成，其中HMC运动控制器相当于HMI人机单元和PLC的综合体，负责完成运动数据的采集、存储和排序，而M系列伺服则相当于3台伺服驱动器和运动处理器的综合体，负责完成运动控制的处理。串联起它们的是台达DMCNET高速运动总线。

这样设计的好处是每个部件都具有独立思考的能力，大大减轻了运动控制器的负担，同时借助于M系列内建了PR内部位置模式和内部插补功能可以独立完成复杂的运动控制，包含机械手单轴运动控制或者多轴插补运动，而不需要上位控制器的参与和协调，这样各个部件间的数据交换量减少，大大减少了多轴控制的扫描时间和提高了整个系统的响应性。

4.2台达高速运动总线DMCnet

DMCnet是台达自主研发的高速运动总线协议，已经在台达CNC、HMC运动控制器、运动轴卡、AH500plc运动模块等产品上有广泛的应用。其通讯速率可以达到单向10M，有效通讯距离可以达到30米，单单借助于一根网线就能完成配线，相当于运动数据的高速公路。相对于传统的运动控制方式而言，大大简化了配线方式，这样在机械手控制器安装时就可以有效避免了信号衰减和杂讯干扰的风险，提高了控制系统的实时性和可靠性。

其中HMC控制器借助于DMCnet网络，控制12轴伺服并且完成12轴的资料更新仅需1ms。使用者可以方便在HMC界面上读取各个运动轴的实时坐标，并借助于控制器自身的安全中断和便利指令来实现机械手各种示教功能、安全机能、微调修正功能。

5   台达HMC产品和M系列伺服产品介绍

5.1 台达HMC产品

台达HMC主要包括HMC08-N500S52 8寸面板安装型和HMC07-N500H52 7寸手持单元两种规格。HMC控制器集成了PLC处理器和HMI单元，使机械手控制器体积减小，节约了PLC的安装空间。借助于DMCnet运动总线接口连接M系列伺服实现运动数据的交换，利用RS422接口可以连接HMC专用I/O模组来实现逻辑控制。同时借助于以太网接口连接PC可以实现远端ERP数据管理、远程故障诊断等功能。

其中HMC07系列还可以通过外置的专用电缆、limit开关和E-STOP按钮，做到*远10m的便利手持操作和可靠的中断防护，而HMC08系列可以外置MPG电子手轮，能够满足机械手手轮示教功能。

借助于台达DOPSoft 软件为开发平台，开发者可以使用台达HMI的编辑方式来设计友好、直观的操作界面，使用兼容于台达PLC的编程指令来规划逻辑控制和运动指令，而无需去掌握高级的开发语言。同时利用HMC特定规划的运动寄存器，可以将复杂的运动控制指令“化繁为简”，成为明晰的逻辑控制，并且可以同时运行4个主程序，实现多轴间的分工协作。

5.2 M系列伺服

M系列伺服是台达A2系列伺服之后*新推出的内置Motion的伺服，它除了兼容A2系列伺服的全部功能外，还具有三轴运动控制功能，其中，DSP设计使其能够在不依赖上位机参与协调的情况下独立的来完成3轴螺旋插补、直线插补、两轴圆弧插补等复杂的运动控制。未来，台达在M系列还将规划内置PLC功能和G代码功能使其能够满足更灵活的运动控制方式。

同时，采用共直流电源设计，只需一组电源接入、一颗驱动器就能够同时拖动3颗不同或者相同功率的伺服电机，减少了机械手驱动器的安装空间和配线。

6  结束语

“显控一体，简捷”是台达HMC运动控制器独特之处，除了机器手控制领域，在其他产业机器领域HMC同样也可以发挥功能强大，开发便捷的优势。

从远古“木牛流马”开始，人类就一直追随着机器取代人类和追赶人类的梦想，随着机器人技术的飞速发展，相信在未来，台达会有更多更好的控制解决方案应运而生。

热轧板卷系在终轧温度800～900℃高温下经受热轧，因此，在带钢表面生成大量氧化铁皮。如果不经过清洗而直接进入到冷轧，则：轧制时会将氧化铁皮压入带钢基体，影响冷轧板表面质量及加工性能；氧化铁皮破碎后进入冷却润滑的乳化液系统，损坏设备并缩短乳化液使用寿命；损坏轧辊。

为除去这种氧化铁皮，通常采用机械法和化学法相结合的方法。所谓机械法是采用除鳞机进行弯曲加工使氧化铁皮中发生，容易和酸接触而除掉氧化铁皮的方法。所谓化学法是使氧化铁皮和酸发生反应而除去氧化铁皮（FeO、Fe3O4、Fe2O3）的方法。所使用的酸通常是或盐酸。盐酸和相比较，具有与氧化铁皮反应快、生成的铁盐在盐酸中溶解度大等优点，因此，可加快酸洗线的速度，提高了生产效率。

酸洗是冷轧带钢生产工艺中非常重要的工艺，除了带钢表面的氧化铁以外，还具备调节卷重，剪去裂边的作用，为轧机提供合格的坯料，以保证冷轧机能顺利的生产出合格的带钢产品。常用酸洗线分推拉式酸洗线和连续式酸洗线两种。

山东某地是厨具之乡，使用了大量的彩钢板。而经过热热轧后的钢带，需要经过酸洗，冷轧，镀锌，喷涂，*终才能成为彩钢板使用。某生产厂一直具备冷轧，镀锌，喷涂的生产能力，而酸洗的工艺一般都是在其他厂家完成的。为了完善整个生产工艺，此次也决定增加一条酸洗线。考虑到台达产品较高的性价比以及及时的技术支援，于是在此条酸洗线设备上，选用了台达的产品。

此条生产线设计*高线速度为50m/min，加工钢带的规格是：3mm×1010mm，重量为17吨。

1 工艺介绍

酸洗线由入口段、工艺段（化学处理段）、出口段三部分组成。

入口段：入口段的主要作用是将带钢开卷、穿带输送到工艺段、出口段。上图中放卷，矫直部分都属于入口段的传动部分；

工艺段（化学处理段）：工艺段由预清洗段、酸洗段及漂洗段组成。上图中挤干部分属于工艺段的传动部分。

出口段：上图中夹送，纠偏，切边，废边卷曲，张力棍，收卷部分都属于出口段的传动部分。

2 2  控制系统分析

本生产线主控系统是西门子S7-300，主要完成酸洗线各工艺功能的控制。

此条生产线的电气传动部分由多个单元组成，各单元之间必须保速度同步，另外，在卷曲部分必须保证带材有合适的张力，以保证产品的质量。

酸洗线的电机一般有两种控制方式，速度控制方式和转矩控制方式。为了保速度的同步性和有效张力，此条生产线中放卷部分，挤干部分， 废边卷曲部分以及收卷部分，我们采用了转矩控制方式；而矫直部分，夹送部分，纠偏部分，切边部分，张力棍部分，我们采用了速度控制方式。

为了保速度控制方式下的同步性，本设备是通过高速总线Profi-bus通讯来实现。Profi-bus总线通讯的方式是采用数字量来完成与变频器之间的沟通，频率命令的精度可达到0.01Hz；高达1M的通讯速率，保多个传动点之间频率命令的同步到达，同时也能够对变频器的工作状态，例如输出频率，输出电流等进行实时对比监控，当出现不同步（输出电流异常）时，能够快速进行调整，当出现电机堵转时，能够尽快报警通知，避免出现机械上的损伤。同时变频器使用闭环控制，保控制电机的速度精度能够达到0.1%，更利于快速调整和微调。

在转矩控制方式下，对于收卷和放卷部分，需要通过PLC对电机卷径进行实时计算，保证张力的恒定和稳定；对于挤干部分，则透过对转矩控制方式下的速度限制，始终保多台挤干电机出力一致，避免出现某台电机电流偏大或者某台电机电流偏小的现象。

3 台达C2000变频器的特点

V/F控制、无感测向量控制、FOC＋PG、转矩控制；同步电机和异步电机驱动一体化；全系列导入LCD面板，选配LED；内建高速总线接口如CANopen及MODBUS；内建各种行业功能；长寿命设计于重要零件寿命侦测；独立风道的设计，PCB防护加强环境的适应性；全球安规兼容性CE、UL、cUL；30kW以下内置刹车单元；速度控制、位置控制、转矩控制；具备三个扩展槽：I/O、通讯口、PG卡；多种总线控制方式；标配RS485,接口方式 RJ45、SG端子；共直流母线；电机热保护；模块化设计，可拆卸的风扇、控制端子。

1  设备信息

设备名称：4D影院动态座椅

设备配置：

ASD-A2-0421-L   ×20

ECMA-C10604RS   ×20

DVP28SV11R    ×1

DVPCOPM-SL    ×1

DVP04DA-S     ×1

VFD004E21A     ×4

设备介绍：设备是4D电影院的动态座椅，在3D电影的基础上增加座椅动态效果，电影的基础上模拟现实的情况，比如高速的撞车效果，过山车的高速震动效果，以及左右大幅度的晃动，以及在高速中产生的风速的变化。椅子有前后及左右两个自由度。系统有三个工控机，一台28SV，20个伺服和四台风机组成，三个工控机分别完成影视播放、电影译码、运动控制功能。PLC28SV主要完成回原点工作和伺服的同时控制四台风机的风量。系统的构成如图1所示。

运动控制计算机将译码计算机发送过来的位移信息，通过运动控制卡发送高速脉冲，通过BYPASS功能，使所有的椅子动作一致，同时通过RS232将风机的风量以数字量的方式发送到PLC内，PLC通过模拟量控制风机的风量。

2 方案制定

使用CANOPEN进行回原点。由于在实际应用中，可能每个电影的影院的椅子在50个以上，没有办法通过传统的回原点方法进行回原点操作，所以通过A2 伺服内部的PR内部回原点模式，方便简单，同时可以读取伺服的状态。

使用BYPASS模式。由于*终伺服的轴数较多，一般采用总线的模式进行控制，可是由于轴数多了以后总线的通讯延时导致伺服动作一致性不好，曾经使用安川的运动控制总线控制96轴，而到后期发现椅子的一致性很差，可是采用运动板卡的发送高速脉冲，通过A2伺服的BYPASS模式，不经过任何处理，每经过一个伺服节点只有50ns的延时，同时一般的运动控制卡的轴数为8轴，控制96轴时，因为每个椅子都有两个自由度，所以在使用运动控制卡的两轴分担，也就是分别控制48轴，同时有多余的控制轴，再进行分解，将每个通道*后只有12个节点，所以*大的延时也在us级，对于椅子的动态一致性很高。

系统软件流程：

涉及参数：P5-04：0X0122，P5-05：100R/MIN。

涉及动作：

1）PLC 通过P3-06，设置DI来自通讯模式；

2）PLC通过p4-07,使能伺服；

3）PLC通过p4-07,切换为PR模式；

4）PLC通过p4-07,触发PR回原点；

5）PLC通过p4-09,读取回原点完成；

6）PLC通过p4-07,切换为PT模式。

通过CANOPENBULDER 进行参数组态，具体的组态参数如

3  结束语

客户在亚洲及主体公园展会上取得了良好的效果，后期的订单效果也不错。同时在产业中一些其他的产品也有不错的应用，比如动态游戏等一系列的动态座椅也在洽谈之中，同时本案例也给台达产品在及主体公园产业的应用添加新的应用案例