西門子CP341通訊處理器在裝配機器人測控系統中的應用

廖正菊，雷艷華，鄭元明

LIAO Zheng-ju, LEI Yan-hua, ZHENG Yuan-ming

（中國工程物理研究院 機械制造工藝研究所，綿陽 621900）

西門子CP341通訊處理器在裝配機器人測控系統中的應用

Aplication of siemens CP341 communication processor in assembly robot measure control system

廖正菊，雷艷華，鄭元明

LIAO Zheng-ju, LEI Yan-hua, ZHENG Yuan-ming

（中國工程物理研究院 機械制造工藝研究所，綿陽 621900）

本文介紹了CP341通訊處理器在西門子840D數控系統和工控機構建的測控系統中的設計與應用方法，以該處理器為紐帶，實現了兩個獨立系統間大量數據和信號的雙向可靠傳輸，解決了系統的有效集成問題。

840D數控系統；工控機測量系統；CP341通訊處理器

1 測控系統功能介紹

由840D數控系統和工控機測量系統共同構建的測控系統是用于實現裝配中多個零件多參數的測量和位置調整，以保證各零件按既定的順序和位置關系實現準確裝配。在對每個零件進行裝配時，首先需要進行參數的測量，測量時零件通過運動，以獲得測量數據，其測量結果是控制零件作位置調整的依據，因此，兩個系統在測量前后均需要進行數據的雙向交換。在設計中，采用了集成于840D系統中的PLC 組件CP341通訊處理器作為兩個系統信號傳輸的紐帶，并進行通訊協議、NC和PLC軟件的開發來實現兩個系統間數據的自動交換。其系統構成如圖1所示。

圖1 測控系統構成簡圖

在圖1中，西門子840D數控系統對零件裝配時所需的運動進行控制，工控機測量系統通過采集卡、CCD和激光傳感器實現零件的中心位置、空間姿態和方位等參數的測量，PLC組織需要進行交換的數據，如：各軸的位置坐標、測量命令、狀態信號等，并通過CP341通訊處理器的RS232接口與工控機的RS232連結，實現數據的發送和接收。

2 通訊協議設計

在CP341上固化有3964(R)通訊協議，用STEP7中的專用組態工具可直接設置傳輸的波特率、數據位數、停止位數和奇偶校驗以及接收幀結束方式等，但由于通訊雙方需要遵循相同的通訊協議，因此，在通訊方工控機端則需要進行3964(R)通訊協議軟件開發，在設計中，工控機端是在windows環境下，用VC語言進行該協議的開發。

數據傳輸時，3964(R)在發送數據前后加一些控制字符形成發送信息幀，控制字符既是表示信息幀開始或結束的標志，也是發送方與接收方的握手信號，還可用來保證傳輸數據的完整，控制字符有：正文開始字符STX(ASCII碼為02 H)，數據鏈路轉換字符DLE(10H)，正文結束字符ETX(03H)，塊校驗字符BCC和否定應答字符NAK(15H)。

3 定義發送和接收數據塊的結構

在機器人測控系統中，需要定義通訊雙方發送和接收的數據塊，本設計是以840D數控系統為控制主機，通過CP341通訊處理器向工控機測量系統發送的數據塊結構定義為DB110（如圖2所示），從工控機端接收的數據塊結構定義為DB111（如圖3所示）。

圖2 發送數據塊DB110

在圖2中，需要測量的任務，由字符‘T’（DB0）和序號1－8（DB1）組成，對應T1―T8命令；當前零件號 1――9（DB4）；狀態命令DBX2.0和DBX3.0；各軸坐標：軸名DBW10、當前坐標值DBD12，軸名DBW16 當前坐標值DBD18…等。

圖3 接收數據塊DB111

在圖3中，當前測量的任務，由字符‘T’（DB0）和序號1－8（DB1）組成，對應T1―T8命令；當前測量零件號 1――9（DB4）；狀態命令：測量系統在測量中 DBX2.0、測量系統測量結束 DBX2.1、測量系統準備好DBX3.0、測量系統重復測量DBX3.1、測量系統測量數據有效DBX3.2等；各軸名及軸調整的坐標值：軸名DBW10、調整坐標值DBD12，軸名DBW16 目標坐標值DBD18…等。

4 CP341通訊處理器發送和接收數據的設計

CP341通訊處理器提供了標準的S7軟件功能塊FB2和FB3，FB2用于實現PLC接收工控機端的數據，并存儲到數據塊DB111中，FB3用于實現將PLC數據塊DB110中的數據發送到工控機通訊方。

由于不同的測量任務，DB110中的數據內容有所不同，在設計中，通過主控系統840D的NC執行不同的M功能（M51-M58 ）和T功能，對應測量系統不同的測量任務和零件號，同時，PLC根據不同M功能，對DB110相應數據進行填充。如當執行M51指令時，

當NC程序執行M50指令時，啟動FB2，完成各任務數據的接收，NC根據接收的調整坐標值對各軸進行調整。過程如下：

通過NC執行G01 X=“X1軸調整的目標坐標值 ”等，至此，經工控機測量系統測得的零件裝配參數得到調整，滿足了零件裝配要求。

5 結束語

由CP341通訊處理器來建立兩個獨立智能系統間的通訊連結，實現了系統的有效集成，并通過開發3964（R）通訊協議、PLC和NC程序等，保證了大量數據和信號傳輸的實時性、穩定性和可靠性，提高了整個機器人裝配過程的自動化，并在實際裝配中得到應用。

[1] Siemens,Install &Start-up Guide-FM-NC/840D/611D/MMC,Germany,2000,7.

[2] Siemens,Description of Function ,Germany,2000,7.

[3] Siemens,Program Guide-Advanced ,Germany,2000,7.

[4] Siemens,S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation ,Germany,2000,3.

[5] Siemens,Cp341 Manual ,Germany,2000,10.

[6] 廖常初.S7-300/400 PLC 應用技術[M].北京：機械工業出版社,2005.

TP273

A

1009-0134(2010)10(下)-0033-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(下).10

2009-11-10

廖正菊（1972 -），女，四川綿陽人，高工，主要從事數控設備的維修、改造和專機的研制開發工作。