西门子840D数控系统轴同步功能在安全保护方面的研究

廖正菊 张嘉彧

（①中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900；②西门子工厂自动化工程有限公司，北京 100015）

西门子840D数控系统轴同步功能在安全保护方面的研究

廖正菊①张嘉彧②

（①中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900；②西门子工厂自动化工程有限公司，北京 100015）

简要介绍西门子840D数控系统轴同步功能在装配机器人中产品安全保护方面的应用。由于装配产品很特殊，具有很大的危险性，因此要求装配设备必须保证产品装配中的安全。为此，采用了多种安全保护措施，采用840D的轴同步功能就是措施之一，有效提高装配设备在异常情况下对产品的保护。

840D数控系统 轴同步 安全保护

装配机器人控制系统主要由西门子840D数控系统和工控机测量系统组成，轴同步功能由840D数控系统实现。根据需要，在装配中随时接通或断开此功能，既完成无产品时各轴的自由运动，又完成有产品时的安全保护功能。

1 装配机器人系统功能简要介绍

装配机器人的主控系统是840D数控系统，内置S7－300 PLC逻辑控制器，与611D伺服驱动系统一起实现装配中所需的 11 个轴（X、Y、Z、C1、C2、C3、W、Z1、Z2、W1、W2）的精确位置控制和动作的实时协调控制。其中X、Y、Z、C1控制机械手移动轨迹，W1、W2控制产品姿态，C2、C3为工作台，Z1、Z2与Z形成同步轴。

装配机器人的机械手按照不同的装配工艺，快速、准确完成产品抓取、测量、移动、就位。这个过程中存在一个较大的安全隐患，就是当垂直轴Z向下移动时，由于Z轴运动异常可能对产品造成损坏，可能危及人员的生命安全。为此，我们设计了Z1、Z2轴（以下简称保护机构），通过活动的机械挡块限制Z轴异常向下运动，Z、Z1、Z2被称为同步轴，其结构见图1。

在图1中，Z轴挡块左右各一个CamZL/CamZR，Z1轴挡块 CamZ1，Z2轴挡块 CamZ2，CamZR/CamZL挡块分别在CamZ1/CamZ2上面，阻止CamZR/CamZL挡块向下运动，起到保护作用。

2 轴同步功能设计

Z、Z1、Z2轴运行的模式设计如下：

非保护模式：同步无效，CamZ1/CamZ2挡块移动到最下端位置，这样Z轴在其行程内自由移动；

保护模式：CamZ1/CamZ2挡块移动到 CamZR/CamZL下方，挡块间距控制在一定范围内，同步生效，CamZ1/CamZ2随CamZR/CamZL同步移动，起到产品保护目的。

3 轴同步功能控制软件设计

轴同步功能是在相关硬件环境下，通过编制相应的控制程序来实现的。这里包括两部分，一部分为PLC、一部分为NC。PLC完成自动、手动操作，完成异步NC程序的设置、启动，其过程参见3.1；NC完成异步NC程序运行，包括保护模式、非保护模式，其过程参见 3.2。

3.1 PLC程序执行过程

PLC根据手动操作信号和NC的M功能，设置启动同步生效NC程序信号#SYN1_Start和同步无效NC程序信号#SYN2_Start，利用#SYN1_Start、#SYN2_Start信号及″PI_SERV″功能块，选择NC程序Z1/Z2 SYN_ON.SPF 或 Z1/Z2 SYN_OF.SPF，再利用″ASUP″功能块启动选择的NC程序，并显示Z、Z1、Z2当前同步状态。其控制过程如下：

（1）设置启动信号

（2）选择对应的NC程序

（3）启动NC程序

（4）显示同步状态

3.2 NC程序执行过程

这里，我们通过设计两个NC子程序完成保护机构的控制：Z_SYNC_ON.SPF，保护机构生效即保护模式；Z_SYNC_OFF.SPF，保护机构无效即非保护模式。

（1）保护机构无效运行过程

①Z1、Z2同步取消

②Z1/Z2下降到设置位置

③保护机构无效功能执行结束

（2）保护机构生效运行过程①Z1、Z2同步取消

②Z、Z1、Z2 轴到同步位置

③修正Z轴正负限位值

⑤保护机构生效功能执行结束

4 结语

增加保护机构，虽然增加了设备的复杂性，但有效地提高了产品装配的安全系数，这是一个非常重要的技术保障。经过大量的试验证明，采用该技术，既保证了产品安全，减轻操作者的工作压力，又提高了装配效率。此技术将在同类装配设备中得到广泛应用。

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，从事数控设备的维修、改造和专机的研制开发工作。

（编辑 余 捷） （

2009－10－02）

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