西门子电缆销售公司

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1 路径插补功能简介

1.1 基本概念
插补的概念源于数控机床。在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线(直线)运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程，叫做插补。也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，或者称为“数据点的密化”。插补的动作过程：在每个插补周期（较短时间，一般为毫秒级）内，根据指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据，刀具沿着微小直线段运动，经过若干个插补周期后，刀具从起点运动到终点，完成轮廓的加工。
路径运动较初来自于机器人和CNC领域，用机器人编程语言或G-Code编程。它是指在多维空间中，通过一组轴的协作动作，各轴之间无主从之分，它们按照设定的动态响应特性，实现路径对象从起点到终点的*的路径轨迹运动。
路径插补产生路径的运行轨迹，计算插补周期内的路径插补点，并通过机械运动系统转换获得对应插补周期内插补点的各路径轴设定值。
隶属于机械运动系统的单独轴在S7 technology中被*为路径轴，路径轴通过路径对象执行路径运动。参考图1 路径轴与路径对象。

图1 路径轴与路径对象

1.2 S7-Technology 路径功能特点

S7-Technology 路径插补功能概述：

> 从S7-Technology V4.2开始
> 允许进行3轴插补操作
> 路径插补可以通过直线、圆弧、多项式表示实现
> Move Path命令可以组成连续运动
> 支持多种机械运动学模型
> 可以与外部位置值同步，实现传送带跟踪功能

S7-Technology 路径插补的技术特点：

> 所有的路径轴都相互同步移动
> 所有的路径轴都同时到达目标位置
> 路径轨迹的移动，将会始终是以一个固定的合成速度进行 (如果动态
   特性限制没有被追赶)
> 较低速度性能的轴，决定了整个轨迹的较高动态特性

路径差补可以执行较多3轴之间的2D或者3D的线性、圆弧或者多项式插补，路径差补工艺对象(TO) ，适用于机械运动学控制范畴，一个共同的系统中，可以存在多个机械运动学控制结构。同步于路径轴的“同步轴”，仍然可以实现同步控制，例如，旋转，凸轮开关，测量功能。通过图形化编辑器，可以简便地设置机械运动学控制系统的参数；通过动态特性轮廓窗口，可以轻松定义路径的动态特性；通过轨迹点表格，可以轻松定义路径差补，计划目的地路径。另外还可以定义保护防撞区域和实现传送带位置的精确跟踪。

1.3 机械运动系统的选择
T-CPU 所实现运动学，等同于人们过去所熟悉机械运动学。可以将它们分为如下两种不同的类型。参考图2 在 T-CPU 中集成的机械运动学。

图2 在 T-CPU 中集成的机械运动学

不同的机械运动系统可以实现TCP (Tool Center Point，工具中心点或机械运动端点)相同的路径运动功能。尽管在某些情况下，不同的机械运动系统可实现相同的路径运动，但是，如果机械运动系统选择不合理，将有可能无法完成*的路径功能。所以，必须根据实际的工艺需求选择合适的机械运动系统，并在工厂布局中考虑该机构的的合理安装位置。参考图3 不同机械系统的转化。

图3 不同机械系统的转化

2 路径插补的实现方法

2.1 运动学模型简介
常用的运动学模型请参考图 4 运动学模型。

图 4 运动学模型

下面介绍一些常用的运动学模型。直角坐标机器人 (英文名：Cartesian coordinate robot)，大型的直角坐标机器人也称桁架机器人或龙门式机器人，由多个运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机器。工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂等一系列工作。参考图5 直角坐标机器人。

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图5 直角坐标机器人

SCARA 机器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一种圆柱坐标型的特殊工业机器人。有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位，另一个关节是移动关节，用于完成机械末端在垂直平面的运动。SCARA机器人在x,y方向上具有良好的顺从性、灵活性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作。SCARA机器人广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。 参考图6 SCARA 机器人。

图6 SCARA 机器人

铰链型机械臂：有很高的自由度，可以多至5~6轴，适合于几乎任何轨迹或角度的工作，可以自由编程，完成全自动化的工作, 提高生产效率；可以代替很多不适合人力完成、有害身体健康的复杂工作，比如，汽车外壳点焊。参考图 7 铰链型机械臂。

图7铰链型机械臂

Delta 3D机器人：外形酷似一只蜘蛛，这种先进的几何结构赋予了它们质量轻，强度大，轻便灵活，节省空间，高速，敏捷；适用于高速分拣。参考图8 Delta 3D机器人。

图8 Delta 3D机器人

2.2 路径插补实现方法
首先需要做轴的定义，选择“Path interploation”。参考图 9 路径轴的定义。

图9 路径轴的定义

问题1：S7-200 CPU内部存储区类型？
回答：S7-200 CPU内部存储区分为易失性的RAM存储区和*保持的EEPROM两种，其中RAM包含CPU工作存储区和数据区域中的V数据存储区、M数据存储区、T(定时器)区和C(计数器)区，EEPROM包含程序存储区、V数据存储区的全部和M数据存储区的前14个字节。
也就是说V区和MB0-MB13这些区域都有对应的EEPROM*保持区域。
EEPROM的写操作次数是有限制的(较少10万次，典型值为100万次)，所以请注意只在必要时才进行保存操作。否则，EEPROM可能会失效，从而引起CPU故障。
EEPROM的写入次数如果**过限制之后，该CPU即不能使用了，需要整体更换CPU，不能够只更换CPU内EEPROM，西门子不提供这项服务。

问题2：S7-200 CPU的存储卡的作用？
回答：S7-200还提供三种类型的存储卡用于*存储程序，数据块，系统块，数据记录（归档）、配方数据，以及一些其他文件等，这些存储卡不能用于实时存储数据，只能通过PLC—存储卡编程的方法将程序块/数据块/系统块的初始设置存于存储卡内。
存储卡分为两种，根据大小共有三个型号。
32K存储卡：仅用于储存和传递程序、数据块和强制值。32K存储卡只可以用于向新版（23版）CPU传递程序，新版CPU不能向32K存储卡中写入任何数据。而且32K存储卡不支持存储程序以外的其他功能。订货号：6ES7 291-8GE20-0XA0。
64K/256K存储卡：可用于新版CPU（23版）保存程序、数据块和强制值、配方、数据记录和其他文件（如项目文件、图片等）。64K/256K新存储卡只能用于新版CPU（23版）。64K存储卡订货号： 6ES7 291-8GF23-0XA0；256K存储卡订货号：6ES7 291-8GH23-0XA0。
为了把存储卡中的程序送到CPU中，必须先插入存储卡，然后给CPU上电，程序和数据将自动复制到RAM及EEPROM中。
存储卡的使用完整限制条件，请参考《S7-200系统手册》附录A 技术规范—可选卡件一节。
S7-200的外部存储卡有哪些功能？
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问题3：S7-200 CPU内的程序是否具有掉电保持特性？
回答：S7-200 CPU内的程序块下载时，会同时下载到EEPROM中，也就是说程序下载后，将*保持。同样，系统块和数据块下载时，也会同时下载到EEPROM中。

问题4：S7-200 CPU内部的数据的掉电保持特性？
回答：S7-200系统手册*四章——“PLC基本概念”一章中“理解S7--200如何保存和存储数据”一节详细介绍了S7-200 CPU内数据的掉电保持特性，建议用户仔细阅读。
S7-200 CPU内的数据分为RAM区和EEPROM区。
其中，RAM区数据需要CPU内置的**级电容或者外插电池卡才能实现掉电保持特性。
对于CPU221和CPU222的内置**级电容，能提供典型值约50小时的数据保持。
对于CPU224，CPU224XP，CPU224XPsi和CPU226的内置**级电容，能提供典型值约100小时的数据保持。
**级电容需要在CPU上电时充电。为达到上述指标的数据保持时间，需要连续充电至少24小时。
当该时间不够时，可以购买电池卡，以获得更长时间的数据保持时间。
EEPROM区能实现数据*保持，不依靠**级电容或者电池就可以保持数据。

问题5：S7-200 CPU内部数据的工作顺序？
回答：S7-200 CPU一上电后，CPU先去检查RAM区域中的数据，如果在**级电容或者电池有电的情况下，数据并未丢失，则使用该RAM区的数据；如果**级电容或者电池没电了，导致数据丢失，则CPU去读EEPROM中相应的区域(包含数据块中的数据定义内容)，如果在EEPROM中存有*保持的数据，则CPU将EEPROM中的数据写回到RAM区中，再进行下面的工作。
如果EEPROM中也没有对应存储区的数据了，则该存储区的数据将变成0。

问题6：S7-200 CPU电池卡的使用注意事项？
回答：新版S7-200 CPU电池卡有两种型号。
对于CPU221和CPU222，由于其中没有实时时钟，则对应的为时钟电池卡，订货号为：6ES7297--1AA23--0XA0。
对于CPU224，CPU224XP，CPU224XPsi和CPU226，电池卡仅提供电池功能，订货号为：6ES7 291--8BA20--0XA0，该款电池卡型号又叫做BC293。
电池卡的寿命典型值约为200天，当插上电池卡后，如果CPU处于工作状态或者**级电容有电的情况下，并不消耗电池卡的电量。当电池卡的电量消耗完毕之后，该电池卡就报废了。
S7-200电池卡不能充电，使用完毕就不能再用了，只能购买新的电池卡了。
S7-200没有检测电池卡内剩余电量的状态位和这种功能。
新版S7-200 CPU电池卡不能用于老CPU，即订货号为6ES7xxx-xxx21-0XB0和6ES7xxx-xxx22-0XB0以及更老版本的CPU。

图1

以上为两种电池卡以及所在插槽位置。
电池卡的使用完整限制条件，请参考《S7-200系统手册》附录A 技术规范—可选卡件一节。

问题7：S7-200 CPU内EEPROM的使用方法？
回答：EEPROM的写入分为如下几种情况：
1、MB0—MB13的设置，只需要在系统块—断电数据保持中设置即可。
默认情况下，系统块设置如下图蓝框中所示，即MB14—MB31，这些区域没有对应的EEPROM区域，无须考虑EEPROM写入次数限制。

图2

MB0—MB13如果在系统块中设置成掉电保持区域，如图2红框中所示，并将系统块下载到CPU之后，则这14个字节的数据在掉电的瞬间会将数值写入EEPROM中，如果掉电时间**过**级电容和电池的保持时间之后，再上电时，CPU会将EEPROM中存储的数据数值写回到RAM中对应的存储区，实现*保持数据的目的。
注意：实现该功能一定要将修改过的系统块下载到CPU中。

2、数据块中定义的数据，如图3所示，当下载数据块的时候，同时会将定义的数据下载到EEPROM中，这样，当掉电时间**过**级电容和电池的保持时间之后，再上电时，CPU会将EEPROM中存储的数据块中定义的数据数值写回到RAM中对应的存储区，实现*保持数据的目的。也就是恢复成数据的初始设置值。
注意：实现该功能一定要将定义好数据的数据块下载到CPU中。

图3

3、使用SMB31和SMW32控制字来实现将V区的数据存到EEPROM中
特殊存储器字节31 (SMB31)命令S7-200将V存储区中的某个值复制到*存储器的V存储区，置位SM31.7提供了初始化存储操作的命令。特殊存储器字32 (SMW32)中存储所要复制数据的地址。如图4为S7-200系统手册内关于SMB31和SMW32的使用说明。

图4

采用下列步骤来保存或者写入V存储区中的一个特定数值：
1. 将要保存的V存储器的地址装载到SMW32中。
2. 将数据长度装载入SM31.0和SM31.1。具体含义如图4所示。
3. 将SM31.7置为1。

图5

注意：如果在数据块中定义了某地址的数据，而又使用这种办法存储同样地址的数据，则当CPU内**级电容或电池没电时，CPU再上电时将采用SMB31和SMW32存储的数据。

问题8：EEPROM写入次数的统计？
回答：每次下载程序块/数据块/系统块或者执行一次SMB31.7置位的操作都算作对EEPROM的一次写操作，所以请注意在程序中一定不要每周期都调用SMB31/SMW32用于将数据写入EEPROM内，否则CPU将很快报废。

问题9：不使用数据块的方法，如何在程序中实现不止一个V区数据的存储？
回答：由于SMB31/SMW32一次较多只能送入一个V区双字给EEPROM区域，因而当有**过一个双字的数据需要送入EEPROM中时，需要程序配合实现。具体操作方法可参照如下的例子，即使用SMB31/SMW32送完一个数据（字节/字/双字）之后，通过一个标志位（如M0.0）来触发下一个SMB31/SMW32操作，之后需要将上一个标志位清零，以用于下一次的存储数据的操作。

由于SM31.7在每次操作结束之后都自动复位，因而不能使用它作为*二次触发操作的条件。
以上程序仅供参考。