西門子電纜銷售公司

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1 路徑插補功能簡介

1.1 基本概念
插補的概念源于數控機床。在數控機床中，刀具不能嚴格地按照要求加工的曲線(直線)運動，只能用折線軌跡逼近所要加工的曲線。機床數控系統依照一定方法確定刀具運動軌跡的過程，叫做插補。也可以說，已知曲線上的某些數據，按照某種算法計算已知點之間的中間點的方法，或者稱為“數據點的密化”。插補的動作過程：在每個插補周期（極短時間，一般為毫秒級）內，根據指令、進給速度計算出一個微小直線段的數據，刀具沿著微小直線段運動，經過若干個插補周期后，刀具從起點運動到終點，完成輪廓的加工。
路徑運動初來自于機器人和CNC領域，用機器人編程語言或G-Code編程。它是指在多維空間中，通過一組軸的協作動作，各軸之間無主從之分，它們按照設定的動態響應特性，實現路徑對象從起點到終點的的路徑軌跡運動。
路徑插補產生路徑的運行軌跡，計算插補周期內的路徑插補點，并通過機械運動系統轉換獲得對應插補周期內插補點的各路徑軸設定值。
隸屬于機械運動系統的單獨軸在S7 technology中被為路徑軸，路徑軸通過路徑對象執行路徑運動。參考圖1 路徑軸與路徑對象。

圖1 路徑軸與路徑對象

1.2 S7-Technology 路徑功能特點

S7-Technology 路徑插補功能概述：

> 從S7-Technology V4.2開始
> 允許進行3軸插補操作
> 路徑插補可以通過直線、圓弧、多項式表示實現
> Move Path命令可以組成連續運動
> 支持多種機械運動學模型
> 可以與外部位置值同步，實現傳送帶跟蹤功能

S7-Technology 路徑插補的技術特點：

> 所有的路徑軸都相互同步移動
> 所有的路徑軸都同時到達目標位置
> 路徑軌跡的移動，將會始終是以一個固定的合成速度進行 (如果動態
   特性限制沒有被超越)
> 低速度性能的軸，決定了整個軌跡的高動態特性

路徑差補可以執行多3軸之間的2D或者3D的線性、圓弧或者多項式插補，路徑差補工藝對象(TO) ，適用于機械運動學控制范疇，一個共同的系統中，可以存在多個機械運動學控制結構。同步于路徑軸的“同步軸”，仍然可以實現同步控制，例如，旋轉，凸輪開關，測量功能。通過圖形化編輯器，可以簡便地設置機械運動學控制系統的參數；通過動態特性輪廓窗口，可以輕松定義路徑的動態特性；通過軌跡點表格，可以輕松定義路徑差補，計劃目的地路徑。另外還可以定義保護防撞區域和實現傳送帶位置的精確跟蹤。

1.3 機械運動系統的選擇
T-CPU 所實現運動學，等同于人們過去所熟悉機械運動學。可以將它們分為如下兩種不同的類型。參考圖2 在 T-CPU 中集成的機械運動學。

圖2 在 T-CPU 中集成的機械運動學

不同的機械運動系統可以實現TCP (Tool Center Point，工具中心點或機械運動端點)相同的路徑運動功能。盡管在某些情況下，不同的機械運動系統可實現相同的路徑運動，但是，如果機械運動系統選擇不合理，將有可能無法完成的路徑功能。所以，必須根據實際的工藝需求選擇合適的機械運動系統，并在工廠布局中考慮該機構的的合理安裝位置。參考圖3 不同機械系統的轉化。

圖3 不同機械系統的轉化

2 路徑插補的實現方法

2.1 運動學模型簡介
常用的運動學模型請參考圖 4 運動學模型。

圖 4 運動學模型

下面介紹一些常用的運動學模型。直角坐標機器人 (英文名：Cartesian coordinate robot)，大型的直角坐標機器人也稱桁架機器人或龍門式機器人，由多個運動自由度建成空間直角關系的、多用途的操作機器。工作的行為方式主要是通過完成沿著X、Y、Z軸上的線性運動。因末端操作工具的不同，直角坐標機器人可以非常方便的用作各種自動化設備，完成如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂等一系列工作。參考圖5 直角坐標機器人。

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圖5 直角坐標機器人

SCARA 機器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一種圓柱坐標型的特殊工業機器人。有3個旋轉關節，其軸線相互平行，在平面內進行定位，另一個關節是移動關節，用于完成機械末端在垂直平面的運動。SCARA機器人在x,y方向上具有良好的順從性、靈活性，而在Z軸方向具有良好的剛度，此特性特別適合于裝配工作。SCARA機器人廣泛應用于塑料工業、汽車工業、電子產品工業、藥品工業和食品工業等領域。它的主要職能是搬取零件和裝配工作。 參考圖6 SCARA 機器人。

圖6 SCARA 機器人

鉸鏈型機械臂：有很高的自由度，可以多至5~6軸，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作，可以自由編程，完成全自動化的工作, 提高生產效率；可以代替很多不適合人力完成、有害身體健康的復雜工作，比如，汽車外殼點焊。參考圖 7 鉸鏈型機械臂。

圖7鉸鏈型機械臂

Delta 3D機器人：外形酷似一只蜘蛛，這種*的幾何結構賦予了它們質量輕，強度大，輕便靈活，節省空間，高速，敏捷；適用于高速分揀。參考圖8 Delta 3D機器人。

圖8 Delta 3D機器人

2.2 路徑插補實現方法
首先需要做軸的定義，選擇“Path interploation”。參考圖 9 路徑軸的定義。

圖9 路徑軸的定義

問題1：S7-200 CPU內部存儲區類型？
回答：S7-200 CPU內部存儲區分為易失性的RAM存儲區和保持的EEPROM兩種，其中RAM包含CPU工作存儲區和數據區域中的V數據存儲區、M數據存儲區、T(定時器)區和C(計數器)區，EEPROM包含程序存儲區、V數據存儲區的全部和M數據存儲區的前14個字節。
也就是說V區和MB0-MB13這些區域都有對應的EEPROM保持區域。
EEPROM的寫操作次數是有限制的(少10萬次，典型值為100萬次)，所以請注意只在必要時才進行保存操作。否則，EEPROM可能會失效，從而引起CPU故障。
EEPROM的寫入次數如果超過限制之后，該CPU即不能使用了，需要整體更換CPU，不能夠只更換CPU內EEPROM，西門子不提供這項服務。

問題2：S7-200 CPU的存儲卡的作用？
回答：S7-200還提供三種類型的存儲卡用于存儲程序，數據塊，系統塊，數據記錄（歸檔）、配方數據，以及一些其他文件等，這些存儲卡不能用于實時存儲數據，只能通過PLC—存儲卡編程的方法將程序塊/數據塊/系統塊的初始設置存于存儲卡內。
存儲卡分為兩種，根據大小共有三個型號。
32K存儲卡：僅用于儲存和傳遞程序、數據塊和強制值。32K存儲卡只可以用于向新版（23版）CPU傳遞程序，新版CPU不能向32K存儲卡中寫入任何數據。而且32K存儲卡不支持存儲程序以外的其他功能。訂貨號：6ES7 291-8GE20-0XA0。
64K/256K存儲卡：可用于新版CPU（23版）保存程序、數據塊和強制值、配方、數據記錄和其他文件（如項目文件、圖片等）。64K/256K新存儲卡只能用于新版CPU（23版）。64K存儲卡訂貨號： 6ES7 291-8GF23-0XA0；256K存儲卡訂貨號：6ES7 291-8GH23-0XA0。
為了把存儲卡中的程序送到CPU中，必須先插入存儲卡，然后給CPU上電，程序和數據將自動復制到RAM及EEPROM中。
存儲卡的使用完整限制條件，請參考《S7-200系統手冊》附錄A 技術規范—可選卡件一節。
S7-200的外部存儲卡有哪些功能？
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問題3：S7-200 CPU內的程序是否具有掉電保持特性？
回答：S7-200 CPU內的程序塊下載時，會同時下載到EEPROM中，也就是說程序下載后，將保持。同樣，系統塊和數據塊下載時，也會同時下載到EEPROM中。

問題4：S7-200 CPU內部的數據的掉電保持特性？
回答：S7-200系統手冊第四章——“PLC基本概念”一章中“理解S7--200如何保存和存儲數據”一節詳細介紹了S7-200 CPU內數據的掉電保持特性，建議用戶仔細閱讀。
S7-200 CPU內的數據分為RAM區和EEPROM區。
其中，RAM區數據需要CPU內置的超級電容或者外插電池卡才能實現掉電保持特性。
對于CPU221和CPU222的內置超級電容，能提供典型值約50小時的數據保持。
對于CPU224，CPU224XP，CPU224XPsi和CPU226的內置超級電容，能提供典型值約100小時的數據保持。
超級電容需要在CPU上電時充電。為達到上述指標的數據保持時間，需要連續充電至少24小時。
當該時間不夠時，可以購買電池卡，以獲得更長時間的數據保持時間。
EEPROM區能實現數據保持，不依靠超級電容或者電池就可以保持數據。

問題5：S7-200 CPU內部數據的工作順序？
回答：S7-200 CPU一上電后，CPU先去檢查RAM區域中的數據，如果在超級電容或者電池有電的情況下，數據并未丟失，則使用該RAM區的數據；如果超級電容或者電池沒電了，導致數據丟失，則CPU去讀EEPROM中相應的區域(包含數據塊中的數據定義內容)，如果在EEPROM中存有保持的數據，則CPU將EEPROM中的數據寫回到RAM區中，再進行下面的工作。
如果EEPROM中也沒有對應存儲區的數據了，則該存儲區的數據將變成0。

問題6：S7-200 CPU電池卡的使用注意事項？
回答：新版S7-200 CPU電池卡有兩種型號。
對于CPU221和CPU222，由于其中沒有實時時鐘，則對應的為時鐘電池卡，訂貨號為：6ES7297--1AA23--0XA0。
對于CPU224，CPU224XP，CPU224XPsi和CPU226，電池卡僅提供電池功能，訂貨號為：6ES7 291--8BA20--0XA0，該款電池卡型號又叫做BC293。
電池卡的壽命典型值約為200天，當插上電池卡后，如果CPU處于工作狀態或者超級電容有電的情況下，并不消耗電池卡的電量。當電池卡的電量消耗完畢之后，該電池卡就報廢了。
S7-200電池卡不能充電，使用完畢就不能再用了，只能購買新的電池卡了。
S7-200沒有檢測電池卡內剩余電量的狀態位和這種功能。
新版S7-200 CPU電池卡不能用于老CPU，即訂貨號為6ES7xxx-xxx21-0XB0和6ES7xxx-xxx22-0XB0以及更老版本的CPU。

圖1

以上為兩種電池卡以及所在插槽位置。
電池卡的使用完整限制條件，請參考《S7-200系統手冊》附錄A 技術規范—可選卡件一節。

問題7：S7-200 CPU內EEPROM的使用方法？
回答：EEPROM的寫入分為如下幾種情況：
1、MB0—MB13的設置，只需要在系統塊—斷電數據保持中設置即可。
默認情況下，系統塊設置如下圖藍框中所示，即MB14—MB31，這些區域沒有對應的EEPROM區域，無須考慮EEPROM寫入次數限制。

圖2

MB0—MB13如果在系統塊中設置成掉電保持區域，如圖2紅框中所示，并將系統塊下載到CPU之后，則這14個字節的數據在掉電的瞬間會將數值寫入EEPROM中，如果掉電時間超過超級電容和電池的保持時間之后，再上電時，CPU會將EEPROM中存儲的數據數值寫回到RAM中對應的存儲區，實現保持數據的目的。
注意：實現該功能一定要將修改過的系統塊下載到CPU中。

2、數據塊中定義的數據，如圖3所示，當下載數據塊的時候，同時會將定義的數據下載到EEPROM中，這樣，當掉電時間超過超級電容和電池的保持時間之后，再上電時，CPU會將EEPROM中存儲的數據塊中定義的數據數值寫回到RAM中對應的存儲區，實現保持數據的目的。也就是恢復成數據的初始設置值。
注意：實現該功能一定要將定義好數據的數據塊下載到CPU中。

圖3

3、使用SMB31和SMW32控制字來實現將V區的數據存到EEPROM中
特殊存儲器字節31 (SMB31)命令S7-200將V存儲區中的某個值復制到存儲器的V存儲區，置位SM31.7提供了初始化存儲操作的命令。特殊存儲器字32 (SMW32)中存儲所要復制數據的地址。如圖4為S7-200系統手冊內關于SMB31和SMW32的使用說明。

圖4

采用下列步驟來保存或者寫入V存儲區中的一個特定數值：
1. 將要保存的V存儲器的地址裝載到SMW32中。
2. 將數據長度裝載入SM31.0和SM31.1。具體含義如圖4所示。
3. 將SM31.7置為1。

圖5

注意：如果在數據塊中定義了某地址的數據，而又使用這種辦法存儲同樣地址的數據，則當CPU內超級電容或電池沒電時，CPU再上電時將采用SMB31和SMW32存儲的數據。

問題8：EEPROM寫入次數的統計？
回答：每次下載程序塊/數據塊/系統塊或者執行一次SMB31.7置位的操作都算作對EEPROM的一次寫操作，所以請注意在程序中一定不要每周期都調用SMB31/SMW32用于將數據寫入EEPROM內，否則CPU將很快報廢。

問題9：不使用數據塊的方法，如何在程序中實現不止一個V區數據的存儲？
回答：由于SMB31/SMW32一次多只能送入一個V區雙字給EEPROM區域，因而當有超過一個雙字的數據需要送入EEPROM中時，需要程序配合實現。具體操作方法可參照如下的例子，即使用SMB31/SMW32送完一個數據（字節/字/雙字）之后，通過一個標志位（如M0.0）來觸發下一個SMB31/SMW32操作，之后需要將上一個標志位清零，以用于下一次的存儲數據的操作。

由于SM31.7在每次操作結束之后都自動復位，因而不能使用它作為第二次觸發操作的條件。
以上程序僅供參考。