工业机器人焊接生产线的控制系统设计 上篇

在完成ROBCAD仿真系统设计后，完成机器人仿真验证、生产工艺验证、生产节拍验证等以后，开始机器人生产线的控制系统设计。

在本项目中，采用西门子的CPU-416F-3 PN/DP的PLC为主控制器，将四台机器人02801,02802, 02803, 02804分别作为PLC的从站。在整个系统中，PLC要控制外围设备的动作，如:夹具的动作、安全门、故障报警，结合安全区域控制机器人的程序启动和停止。

在西门子Step7的硬件组态中，将02R01, 02R02, 02R03, 02R04机器人分别作为从站、现场的远程用于采集现场的数据输入输出IO作为从站、各个电机模块作为PLC的从站、PLC作为主站组态到整个系统中，焊接生产线控制系统硬件组态如图4-1所示。

图形编程语言S7-GRAPH是一种顺序控制编程语言。顺序功能图类似一种树形结构图。它可以清晰的编写PLC顺序控制流程。首先它根据功能将控制任务细分为若干步。每一个顺序步都有转换条件和执行内容。顺序功能图是IEC标准编程语言，用来编写控制系统的控制过程、功能划分等程序。在面对复杂的顺序程序时，顺序功能图可以化繁为简，将大功能划分为小功能，将小功能划分为顺序分支，将顺序分支划分为顺序步，大大提高编程效率。在机器人焊装生产线中，每一个夹具的动作、转台的旋转方式、调用机器人子程序都是按照顺序来进行的。在机器人焊接自动化流水线的控制系统中，工艺和工序拥有严格的顺序结构，为了便于控制采用顺序控制方式。

顺序功能图用于顺序控制流程的编制，顺序功能图由很多被划分的顺序步、每一顺序步执行的前提转换条件和运行顺序步后执行的动作命令这三部分构成. 

(1)步

步((Step)表示与生产流程对于的工艺过程，用S1, S2, S3, S4…表示，步的编号可以不按照顺序使用，可以跳跃使用编号，不影响程序的执行。初始步S1是顺序控制结构的起始处，在步号的外围绘制双线框来表示该步为初始步，每一个顺序功能图至少要有一个初始步，每次运行程序之前都要先执行初始步进行程序的初始化。

(2)转换条件

转换条件是一个步运行的前提条件，只有满足转换条件时，程序才会顺序运行到下一步，否则将一直等待。代号为T，后面跟转换条件的编号。用短水平线引出并放在线的左边。当转换条件满足时，步可以直接跳转到转换条件满足的下一步。

(3)动作命令

动作命令在步序框的右边用虚平行线引出，为当前步有关的操作，一般是输出信号指令，如置位复位等命令。只有在当前步被执行时，动作命令才会执行。当前步不活动时，这些命令不会被执行。

顺序功能图有三种基本结构类型，分别为单流程、选择分支流程和并进分支流程。

单流程即为从上往下直接执行。选择分支流程有多种分支，通过条件选择其中一种分支运行。并进分支流程也用多种分支，但是是共同执行。

为了发挥西门子PLC S7-300/400的功能，便于将其应用到顺序控制要求较高的控制系统中，西门子公司研发了顺序功能图语言S7-GRAPH。在整个控制过程的设计中，它用流程图的方式将顺序控制功能划分，简化了顺序控制的编程设计。

S7-GRAPH是一种流程图语言，将控制要求变成要执行该流程需要执行的前提条件是什么、以及执行完当前流程后下一步执行何种流程这种问题。只要知道工艺流程，就可以根据工艺流程，将控制功能进行划分。每次编程时，列出执行步骤的前提条件、执行内容等，可以迅速完成顺序控制程序的设计。Step7中创建一个用S7-GRAPH编写的程序功能块，最多可以编写250个顺序步和250个转换条件。