浅谈PLC与HMI、伺服、机器人等的应用

本人认为，一套完整的自动化设备，至少由三部分组成：

1、控制单元——相当于人的大脑

2、传感单元——相当于人的眼睛

3、作用单元——相当于人的双手

自动化设备正常运行时，传感单元把现场情况上传给控制单元，

然后控制单元通过逻辑运算，把输出结果传达给作用单元，

最后作用单元执行动作，完成控制单元的指令。

控制单元，主要由PLC、DCS、单片机等构成

传感单元，主要由开关、传感器、视觉系统等构成

作用单元，主要由变频器、步进电机、伺服电机、机器人等构成

人类要获知设备的具体运行情况，一般还需要添加HMI（人机交互）或PC。

本帖主要讨论以下三方面的内容：

一、PLC与HMI的应用

二、PLC与伺服的应用

三、PLC与机器人的应用

PLC的应用请看简单谈谈西门子PLC的通信

一、PLC与HMI的应用

HMI是个好东西，在调试阶段，特别是大型项目的调试阶段，能帮调试员很大的忙：可以让调试员很直观很全面的监控程序运行的整个过程！

假设某个项目由1个主站和10个从站构成，主站负责协调各个从站相互配合工作。在单站调试阶段，可以把主从站需要通信的信号在各自的触摸屏上用按钮和指示灯模拟实现。那么，只要程序模块规划没问题，当单站调试完毕后，联机调试很快也能搞定。由于各个站发出与接收到的信号全都在触摸屏上实时地显示出来，一眼就能看到信号对接的情况，所以调试员相互之间没什么好扯皮的。

需要提醒的是，若西门子的S7-1500或S7-1200与国产的触摸屏通信，记得在组态的连接机制里把“允许从远程伙伴（PLC、HMI、OPC、…）使用PUT/GET通信访问”前面的那个方框打勾，如下图所示。

绝大多数触摸屏程序的编程，只需把元件库的按钮、指示灯等元件直接拖曳到画面布局窗口，然后设置其属性即可。

掌握了触摸屏程序的编写，再学WinCC、组态王、力控等组态软件就没什么难度了。

因为它们的编程方法大同小异的，都差不多。

二、PLC与伺服的应用

这里举个简单的小例子——S7-1200与伺服V90的应用（PTI）

硬件接线时，请参考下图——外部脉冲位置控制（PTI）标准接线图



下面，重点说说组态过程：

1、用TIA Portal 新建一个项目后，双击项目树的“添加新设备”，添加具有脉冲输出功能的CPU，然后进行组态，设置脉冲发生器的相关参数，如以下3个图所示


启用脉冲发生器



选择脉冲信号类型



设置脉冲输出的硬件地址

至此，CPU的参数设置已完毕。然后进行工艺对象组态（伺服轴参数设置）。

下面进行工艺对象组态（伺服轴参数设置）：

单击项目树的“工艺对象”，然后双击“插入新对象”。在弹出的“新增对象”对话框，填写名称“X轴”，选择“运动控制”的“TO_PositioningAxis”，然后单击“确定”，如下图所示；



设置常规参数





设置驱动器参数。其中硬件接口参数务必与CPU组态的参数一致。另外，为了方便调试，驱动器的使能信号一般由PLC控制；



设置扩展参数。需要注意的是，电机每转的负载位移根据实际情况设置，每转脉冲数不得少于1000，否则容易出错！



位置限制参数设置。一般情况下，启用硬件限位开关是必不可少的。为了进一步提高设备安全性，建议也启用软件限位开关，进行双重保护。



动态参数的常规参数设置。根据项目需求及电机型号设置速度相关参数即可。



急停参数设置。根据项目需求设置急停减速度时间或减速度。



回原点参数设置。绝大多数情况下都是采用主动回原点的。根据硬件接线设置原点开关参数，根据项目需求设置逼近速度、参考速度、起始位置偏移值等参数。与200、200smart、300等PLC不同，S7-1200PLC已内部实现回原点功能，用户只需设置好回原点参数，然后在程序里调用“MC_Home”指令即可，非常的方便！

组态完毕，开始编程

打开OB块，在右侧的指令标签卡里，单击“工艺”→“运动控制”→“S7-1200 Motion Control”，如图13所示，可以看到许多用于控制轴的指令。
常用的指令有“MC_Power”、“MC_Reset”、“MC_Home”、“MC_MoveAbsolute”和“MC_MoveJog”等。选中某一指令，按下F1，即可看到该指令的详细说明，并且写得非常好，在此就不赘述了。请读者根据需要自行查阅。

在调试过程中，点击项目树的“工艺对象”→“X轴”→“调试”，会有惊喜哦！

注意事项：
1.做项目时，安装任何一个轴，在安装之前，最好先对轴进行通电检查，确认其在JOG模式下空载运行无任何问题后再将其安装到负载机构。

2.在安装负载传动机构时，把电机安装上去后，最好当场测试电机与负载传动机构的连接是否精准、牢固、可靠。因为一般情况下，对于需要使用伺服系统的精密度较高的机构，若不通电测试，谁也无法判断负载传动机构是否安装好。因此必须通电设置伺服参数，然后在JOG模式控制电机转动，看看负载在电机带动下的运动情况，若负载运动匀速平稳，启停过渡自然，无一冲一冲的抖动，则安装合格。否则，必须根据现场情况调整机构。

3.负载传动机构的装拆一般都比较麻烦，特别是齿轮传动机构。哪怕是联轴器安装得稍微有点不对称，负载很有可能就走不好，无论伺服参数如何设置都走不好。

4.曾经做过一个项目，需要给ABB的六轴机器人IRB1410安装一个水平轴，使其能够左右移动。导轨是公司自己做的，采用齿轮传动。安装完导轨后，由于各种原因，忘了嘱咐调试员测试伺服轴，安装人员很积极的直接把机器人安装在导轨的移动底板。在调试阶段，才发现机器人左右移动一冲一冲时快时慢的，无论如何调整伺服参数都无法使机器人做平稳的匀速运动。结果不得不把225KG的机器人拆下来，重新调整联轴器、齿轮等机构。在JOG模式下控制移动底板能做到匀速稳定运行后，再次把机器人安装到移动底板上。机器人总算也能平稳运行了。事后回想，在做项目时，务必统筹安排；在跟进项目进度过程中，当项目进行到关键节点，必须做好把关工作，杜绝返工现象，不能让前面的工作影响到后面的进度。