基于西門子HMI配方在伺服系統中的應用

張 希，陳偉才，程 金，段明皞

（北京機械工業自動化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

當今，企業對汽車變速箱生產線專機設備要求的設備生產成本越來越低，同時對生產多種產品的兼容性越來越高。

傳統的PLC編程模式為每增加一個機型，需要在程序中增加該機型的伺服行走位置和速度的程序代碼，現場人員需要調整位置和速度時也需要自動化系統集成商或維修人員在現場利用筆記本電腦配合修改PLC程序。有時企業后期增加和修改的產品機型高達幾十種，每次這樣操作對于現場維修和電氣工程師來說，無疑是非常繁瑣和低效的。

通過觸摸屏的配方功能的應用，使用不同配方在不同產品流水線甚至是同一產品線的不同配料組合間快速切換，達到自動配料、無縫切換的目的.在整個系統中，使用者可以根據不同產品設定不同的配方表，并可以進行在線修改更新，通過觸摸屏選擇不同配方來選擇生產不同的產品；PLC負責執行來自HMI的指令控制流水線上的配料設備[1]。本文中利用西門子觸摸屏配方和西門子伺服系統相結合的方法，為產品機型擴展和可操作性帶來了極大的便利。

1 硬件設計及編程流程

硬件組成：

基于S7-300的PLC作為整個系統的核心控制器，與西門子伺服S120、人機交互觸摸屏TP1200 HMI通過Profinet網絡組成統一的系統，如圖1、圖2所示。

編程流程：

1）PLC中預制好S120伺服系統的程序塊；

圖1 硬件構成a

圖2 硬件構成b

2）在本地HMI上將不同機型所要行走的的工藝位置參數填寫到配方畫面中對應的位置，并保存下載到PLC中；

3）根據不同產品機型調用不同的配方參數。

2 伺服系統

新建伺服系統的背景數據DB塊，機械結構行走的6個目標位置和目標速度是與配方有關的變量，分別為TargetInput[0].Positon、TargetInput[0].Speed、TargetInput[1].Positon、TargetInput[1].Speed、TargetInput[2].Positon、TargetInput[2].Speed，如圖3所示。

3 HMI配方設計

人機界面（Human Machine Interface）又稱人機接口，簡稱為HMI。本項目中人機界面HMI的開發基于全集成自動化軟件TIA portal V14。HMI中設置配方就像在電腦中保存文件夾一樣，不同的配方可設置不同的文件名，配方內容根據編程者自由設定，比如尺寸，速度，數量等工藝參數，點擊保存，就會保存在HMI中，點擊下載就會下載到PLC中，相關的參數就會保存在PLC里對應的數據中。

在TIA V14中建立項目OP70HMI，在配方頁添加“OP70配方”，元素表內添加伺服電機行走的目標位置變量和對應的速度變量，如圖4所示，以旋轉軸伺服電機為例，它的目標位置及速度變量有6個：伺服3POS0、伺服3V0、伺服3POS1、伺服3V1、伺服3POS2、伺服3V2，這些變量均關聯伺服程序塊中的變量。

圖4 新建配方元素

配方中的變量與伺服系統的背景數據DB塊中變量為一一對應關系，如表1所示。

表1 配方變量與伺服DB塊變量對應表

新建數據記錄，預制多種機型的數據記錄，可在表中填寫各個伺服位置和速度變量的初始值，如圖5所示。

圖5 建立數據記錄表

新建配方視圖，如圖6所示。在下拉菜單中可以看到在上一步中預制的多種機型和所有變量的初始值，選擇其中一種機型，在每一行中可以更改變量的值，即伺服電機的各個目標位置和目標速度，修改后點擊保存，斷電不會丟失。還可點擊新建圖標來新建預制機型中沒有的新機型，具備強大的可擴展性。

圖6 配方視圖

4 結語

通過使用HMI設備的配方功能與伺服程序塊中變量關聯的方式，既實現了人機界面可視化、人工可直接修改目標位置和目標速度，又可以很方便地擴展機型，為客戶實現了可操作化，簡化了PLC編程的工作量，操作者使用更簡單，系統維護更方便，系統靈活性更高。