西門子840D數控系統軸同步功能在安全保護方面的研究

廖正菊 張嘉彧

（①中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900；②西門子工廠自動化工程有限公司，北京 100015）

西門子840D數控系統軸同步功能在安全保護方面的研究

廖正菊①張嘉彧②

（①中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900；②西門子工廠自動化工程有限公司，北京 100015）

簡要介紹西門子840D數控系統軸同步功能在裝配機器人中產品安全保護方面的應用。由于裝配產品很特殊，具有很大的危險性，因此要求裝配設備必須保證產品裝配中的安全。為此，采用了多種安全保護措施，采用840D的軸同步功能就是措施之一，有效提高裝配設備在異常情況下對產品的保護。

840D數控系統 軸同步 安全保護

裝配機器人控制系統主要由西門子840D數控系統和工控機測量系統組成，軸同步功能由840D數控系統實現。根據需要，在裝配中隨時接通或斷開此功能，既完成無產品時各軸的自由運動，又完成有產品時的安全保護功能。

1 裝配機器人系統功能簡要介紹

裝配機器人的主控系統是840D數控系統，內置S7－300 PLC邏輯控制器，與611D伺服驅動系統一起實現裝配中所需的 11 個軸（X、Y、Z、C1、C2、C3、W、Z1、Z2、W1、W2）的精確位置控制和動作的實時協調控制。其中X、Y、Z、C1控制機械手移動軌跡，W1、W2控制產品姿態，C2、C3為工作臺，Z1、Z2與Z形成同步軸。

裝配機器人的機械手按照不同的裝配工藝，快速、準確完成產品抓取、測量、移動、就位。這個過程中存在一個較大的安全隱患，就是當垂直軸Z向下移動時，由于Z軸運動異?？赡軐Ξa品造成損壞，可能危及人員的生命安全。為此，我們設計了Z1、Z2軸（以下簡稱保護機構），通過活動的機械擋塊限制Z軸異常向下運動，Z、Z1、Z2被稱為同步軸，其結構見圖1。

在圖1中，Z軸擋塊左右各一個CamZL/CamZR，Z1軸擋塊 CamZ1，Z2軸擋塊 CamZ2，CamZR/CamZL擋塊分別在CamZ1/CamZ2上面，阻止CamZR/CamZL擋塊向下運動，起到保護作用。

2 軸同步功能設計

Z、Z1、Z2軸運行的模式設計如下：

非保護模式：同步無效，CamZ1/CamZ2擋塊移動到最下端位置，這樣Z軸在其行程內自由移動；

保護模式：CamZ1/CamZ2擋塊移動到 CamZR/CamZL下方，擋塊間距控制在一定范圍內，同步生效，CamZ1/CamZ2隨CamZR/CamZL同步移動，起到產品保護目的。

3 軸同步功能控制軟件設計

軸同步功能是在相關硬件環境下，通過編制相應的控制程序來實現的。這里包括兩部分，一部分為PLC、一部分為NC。PLC完成自動、手動操作，完成異步NC程序的設置、啟動，其過程參見3.1；NC完成異步NC程序運行，包括保護模式、非保護模式，其過程參見 3.2。

3.1 PLC程序執行過程

PLC根據手動操作信號和NC的M功能，設置啟動同步生效NC程序信號#SYN1_Start和同步無效NC程序信號#SYN2_Start，利用#SYN1_Start、#SYN2_Start信號及″PI_SERV″功能塊，選擇NC程序Z1/Z2 SYN_ON.SPF 或 Z1/Z2 SYN_OF.SPF，再利用″ASUP″功能塊啟動選擇的NC程序，并顯示Z、Z1、Z2當前同步狀態。其控制過程如下：

（1）設置啟動信號

（2）選擇對應的NC程序

（3）啟動NC程序

（4）顯示同步狀態

3.2 NC程序執行過程

這里，我們通過設計兩個NC子程序完成保護機構的控制：Z_SYNC_ON.SPF，保護機構生效即保護模式；Z_SYNC_OFF.SPF，保護機構無效即非保護模式。

（1）保護機構無效運行過程

①Z1、Z2同步取消

②Z1/Z2下降到設置位置

③保護機構無效功能執行結束

（2）保護機構生效運行過程①Z1、Z2同步取消

②Z、Z1、Z2 軸到同步位置

③修正Z軸正負限位值

⑤保護機構生效功能執行結束

4 結語

增加保護機構，雖然增加了設備的復雜性，但有效地提高了產品裝配的安全系數，這是一個非常重要的技術保障。經過大量的試驗證明，采用該技術，既保證了產品安全，減輕操作者的工作壓力，又提高了裝配效率。此技術將在同類裝配設備中得到廣泛應用。

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

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

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

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

5 Siemens，Cp341 Manua［lZ］，Germany，2000.

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Siemens 840D CNC System Axis Synchronization Function in Security Research

LIAO Zhengju①，ZHANG Jiayu②
（ Institute of Machinery Manufacturing Technology，China Academy of Engineering Physics，Mianyang 621900，CHN；②Siemens Factory Automation Engineering Ltd.，Beijing 100015，CHN）

This paper introduces the Siemens 840D CNC system axis synchronization in special assembly equipment（assembly robots），the product safety protection applications.As the assembled product is special，with a great deal of risk，thus requiring assembly equipment must ensure the security of product assembly.To this end，we use a variety of security measures with 840D shaft synchronization is one of the measures to effectively improve the assembly equipment in exceptional circumstances，the protection of the product.

840D CNC System；Axis Synchronization；Security

廖正菊，女，1972年生，高工，從事數控設備的維修、改造和專機的研制開發工作。

（編輯 余 捷） （

2009－10－02）

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