基于西门子828D数控系统与S7-1200的自动上下料工作站设计与开发

随着“工业 ４．０”以及“中国制造 ２０２５”规划的提出，制造业的转型升级推动了数控装备技术的发展。另外，随着我国经济的快速发展，人口红利逐步减少，很多企业出现了招工困难、操作工人流动性大、管理困难等问题，在机加行业中，数控机床上下料实现自动化已经成为必然趋势，与此同时，企业也需要大量的自动上下料工作站维护维修人员，对于高职院校来说，加强学生在数控机床上下料方面的培训显得极其重要。

针对这种情况，本文提出了一种基于 ８２８Ｄ 数控系统的简易上下料装置，采用 ＡＢＢ六关节机器人作为运料执行器，以西门子Ｓ７－１２００为主控制器，使用一台ＰＣ机实现对工作站进行监控，学生还可以利用这台ＰＣ进行编程练习。

１.１、硬件构成

该实验装置采用西门子 ８２８Ｄ 数控系统，机器人采用 ＡＢＢ　ＩＲＣ５ｃｏｍｐａｃｔ控制器，本体采用ＩＲＢ１２０，总控采用Ｓ７－１２００ＰＬＣ，系统总体框图如图１所示。

图１. 自动上下料工作站实验装置的总体框图

１.２、控制方案

根 据 自 动 上 下 料 控 制 要 求， 完 成ＳＩＮＵＭＥＲＩＫ８２８Ｄ 数控系统、伺服驱动系统、输入输出模块 ＰＰ７２／４８、总控 ＰＬＣ、机器人控制器等模块的安装与调试，并满足以下控制要求：

①、数控系统与机器人配合完成物料的自动上料与下料；

②、工作站具备紧急停止功能；

③、根据控制要求，系统可实现手动打开关闭安全门、夹紧松开夹具的功能；

④、可以实现上下料工作过程的在线监控功能。

为满足机器人、数控机床、总控 ＰＬＣ三者之间信号交互的要求，需要对三者之间的Ｉ／Ｏ 地址进行分配，并采用博图软件对总控ＰＬＣ进行编程以及组态监控。

２.１、ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ 分配

由于本设计中增加的卡盘、机床防护门要求总控与数控机床控制面板都能直接控制其开合，故数控系统内装 ＰＬＣ 与总控交互信号设定在 ＰＰ７２／４８Ｉ／Ｏ板的 Ｘ２２２接口上。数控系统内装 ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ 分配如表１所示。机器人在上下料过程中需要与总控配合完成，总控在数控系统与机器人之间起桥梁作用，机器人通过ＩＲＣ５ｃｏｍｐａｃｔ机器人控制柜 ＸＳ１２、ＸＳ１３、ＸＳ１４、ＸＳ１５接口与总控进行信号交互，总控 ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ 分配如表２所示。

表１　数控系统内装 ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ 分配

表２　总控 ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ 分配

２.２、上下料总体流程

总控发出远程启动信号给加工单元，数控系统控制主轴回到安全位置，数控系统暂停运行，发送暂停信号给总控；总控接收暂停信号以及机器人请求放料信号，总控发送安全门打开与夹具松开信号给数控加工单元，数控系统打开安全门、松开夹具，并将门已开与夹具已松信号发送给总控；总控接收到门已开信号与夹具已松信号，并将允放信号发送给机器人；机器人接收到允放信号后将工件放入机床，并回到安全点，发送放完成信号给总控；总控接到放完成信号后发送夹具夹紧与门关信号给数控系统，数控系统将夹具夹紧，安全门关闭，并将夹紧信号与门已关信号发给总控；总控发送 ＣＮＣ继续运行信号给数控系统，数控系统继续运行，加工完成后，发送加工完成信号给总控；总控接到加工完成信号，发送门开与夹具松开信号给数控系统，数控系统将夹具松开，安全门打开，并将夹具松开信号与门已开信号发给总控；总控接到夹具松开信号与门已开信号，发送允取信号给机器人，机器人将工件取出，回到安全点，并将取完成信号发送给总控；总控接到取完成信号，将关门信号与夹紧信号发送给数控系统。

实验软件采用西门子公司开发的上位机组态软件ＳＩＭＡＴＩＣ　ＷｉｎＣＣ，与西门子ＳＩＭＡＴＩＣ　Ｓ７－１２００（ＣＰＵ１２１２Ｃ）建立通信连接，可实现对工作站自动上下料过程的在线监控，生动、直观地展现机械手上下料动态过程，便于技术维修人员尽快定位故障点、排除故障；另外学生在观察上下料内部过程及 ＰＬＣ的运行状态后，可增强其对工作站的了解。

３.１、工程建立及通信配置

ＷｉｎＣＣ项目创建首先打开博图软件，在项目树中点击【项 目 】，【添 加 新 设 备 】，选 择 【ＰＣ 系 统 】中 的【ＷｉｎＣＣ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ】，点击添加；在【网络视图】下，给添加的模块配置通信模块———“常规ＩＥ”；在【网络视图】下，单 击 上 方 的 【连 接 】选 项，通 过 拖 拉 将【ＷｉｎＣＣ模块的ＩＥ接口】连接到【ＰＬＣ的 ＰＲＯＦＩＮＥＴ接口】上即可完成通讯配置。在控制面板下，单击右上方的搜索框，输入 ＰＧ，点击设置【ＰＧ／ＰＣ 接口】，在配置 窗 口 中 打 开 【下 拉 菜 单 】，选 择 【Ｓ７ＯＮＬＩＮＥ（ＳＴＥＰ７）】选项，然后在下方窗口中选择【电脑网卡型号的 ＴＣＰ／ＩＰ．ＡＵＴＯ．１】，点击左下方确定完成配置。

３.２、添加画面

在项目视图【ＨＭＩ＿ＲＴ＿１［ＷｉｎＣＣ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ］】下，打开【画面】选项，添加新画面，选择画面右键【重命名】画面名称，同时设置画面大 小。选中 要 更改的画面，右键选择【动态化总览】，在【周期】的选项中将时间周期改为２５０ｍｓ。

３.３、建立组态连接

将 上 下 料 装 置 监 控 画 面 内 的 各 种 对 象 分 别 与ＰＬＣ变量之间建立关系，当ＰＬＣ变量值（上料与下料动作）改变时，在画面上能够直观地看到图形对象的动画效果。

３.４、运行调试

右击【ＨＭＩ＿ＲＴ＿１［ＷｉｎＣＣ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ］】，在 跳出的菜单中选中【开始仿真】，点击即可跳出仿真页面。图 ２为上下料工作站的信号监控界面，可以监控安全门（打开、关闭）、夹具运动 （夹紧、松开）、机械手快换（夹紧、松开）、数控系统 （运行、暂停）等动作的执行。图３为上下料工作站的流程监控页面，可以对整个上下料过程进行实时监控。

图２. 上下料工作站的信号监控界面

本方案设计的自动上下料工作站结构简单，不但能够满足学生对上下料流程的 Ｓ７－１２００的编程实训，学生还可以利用 ＰＬＣ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｔｏｏｌ编程软件编写机床侧数控 ＰＬＣ，完成对数 控 系统 ＰＬＣ 的 技术改造。实践证明，该装置实用性强，对今后的教学工作以及自动生产线的改造具有参考意义。

图３. 上下料工作站流程监控界面

您好，欢迎来到湖南西控自动化设备有限公司！作为西门子产品的供货商，我们自豪地向您推荐我们现货产品6AV2124-0XC24-0BX0，这是一款youxiu的西门子触摸屏。

1. 西门子: TP2200

TP2200是西门子公司旗下的一款高性能触摸屏，致力于提供可靠的操作界面和出色的性能表现。无论是在工业控制还是自动化领域，TP2200都能够提供zuijia的操作体验。它采用先进的触摸技术和耐用的材料制造，具有出色的抗干扰性能，确保在恶劣环境下也能稳定工作。此外，TP2200还支持多种通信接口，方便与其他设备进行连接，实现互联互通。

2. 触摸屏: 22寸

6AV2124-0XC24-0BX0采用22寸的大屏幕设计，可提供更广阔的显示空间。无论您需要显示的参数、曲线还是数据量有多大，这款22寸触摸屏都能满足您的需求。，高分辨率的显示效果以及优质的触摸体验，将为您带来更加清晰和便捷的操作体验。

3. 德国: 136% 57S，160% 3S 二次矩

这款触摸屏采用德国技术，并拥有超高的比例和运算能力。其136% 57S和160% 3S二次矩能够确保在多种复杂的工业环境中，依然能够提供稳定、高效的性能。作为德国制造的代表产品，6AV2124-0XC24-0BX0将给您带来zhuoyue的控制体验。

4. 引导客户购买

• 现货供应：我们拥有充足的库存，随时满足您的需求。

• 质量保证：作为西门子产品的供货商，我们承诺提供****原装zhengpin，确保产品的质量和可靠性。

• 技术支持：我们拥有一支经验丰富且专业的技术团队，为您提供全面的售前和售后技术支持。

• 竞争力价格：我们出售的产品价格合理，为您提供高性价比的选择。

因此，如果您正在寻找一款功能强大、品质zhuoyue的西门子触摸屏，6AV2124-0XC24-0BX0juedui是您的zuijia选择。

请您联系我们的销售团队，我们将竭诚为您提供优质的服务。

期待与您的合作！