基于西门子HMI配方在伺服系统中的应用

张 希，陈伟才，程 金，段明皞

（北京机械工业自动化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

当今，企业对汽车变速箱生产线专机设备要求的设备生产成本越来越低，同时对生产多种产品的兼容性越来越高。

传统的PLC编程模式为每增加一个机型，需要在程序中增加该机型的伺服行走位置和速度的程序代码，现场人员需要调整位置和速度时也需要自动化系统集成商或维修人员在现场利用笔记本电脑配合修改PLC程序。有时企业后期增加和修改的产品机型高达几十种，每次这样操作对于现场维修和电气工程师来说，无疑是非常繁琐和低效的。

通过触摸屏的配方功能的应用，使用不同配方在不同产品流水线甚至是同一产品线的不同配料组合间快速切换，达到自动配料、无缝切换的目的.在整个系统中，使用者可以根据不同产品设定不同的配方表，并可以进行在线修改更新，通过触摸屏选择不同配方来选择生产不同的产品；PLC负责执行来自HMI的指令控制流水线上的配料设备[1]。本文中利用西门子触摸屏配方和西门子伺服系统相结合的方法，为产品机型扩展和可操作性带来了极大的便利。

1 硬件设计及编程流程

硬件组成：

基于S7-300的PLC作为整个系统的核心控制器，与西门子伺服S120、人机交互触摸屏TP1200 HMI通过Profinet网络组成统一的系统，如图1、图2所示。

编程流程：

1）PLC中预制好S120伺服系统的程序块；

图1 硬件构成a

图2 硬件构成b

2）在本地HMI上将不同机型所要行走的的工艺位置参数填写到配方画面中对应的位置，并保存下载到PLC中；

3）根据不同产品机型调用不同的配方参数。

2 伺服系统

新建伺服系统的背景数据DB块，机械结构行走的6个目标位置和目标速度是与配方有关的变量，分别为TargetInput[0].Positon、TargetInput[0].Speed、TargetInput[1].Positon、TargetInput[1].Speed、TargetInput[2].Positon、TargetInput[2].Speed，如图3所示。

3 HMI配方设计

人机界面（Human Machine Interface）又称人机接口，简称为HMI。本项目中人机界面HMI的开发基于全集成自动化软件TIA portal V14。HMI中设置配方就像在电脑中保存文件夹一样，不同的配方可设置不同的文件名，配方内容根据编程者自由设定，比如尺寸，速度，数量等工艺参数，点击保存，就会保存在HMI中，点击下载就会下载到PLC中，相关的参数就会保存在PLC里对应的数据中。

在TIA V14中建立项目OP70HMI，在配方页添加“OP70配方”，元素表内添加伺服电机行走的目标位置变量和对应的速度变量，如图4所示，以旋转轴伺服电机为例，它的目标位置及速度变量有6个：伺服3POS0、伺服3V0、伺服3POS1、伺服3V1、伺服3POS2、伺服3V2，这些变量均关联伺服程序块中的变量。

图4 新建配方元素

配方中的变量与伺服系统的背景数据DB块中变量为一一对应关系，如表1所示。

表1 配方变量与伺服DB块变量对应表

新建数据记录，预制多种机型的数据记录，可在表中填写各个伺服位置和速度变量的初始值，如图5所示。

图5 建立数据记录表

新建配方视图，如图6所示。在下拉菜单中可以看到在上一步中预制的多种机型和所有变量的初始值，选择其中一种机型，在每一行中可以更改变量的值，即伺服电机的各个目标位置和目标速度，修改后点击保存，断电不会丢失。还可点击新建图标来新建预制机型中没有的新机型，具备强大的可扩展性。

图6 配方视图

4 结语

通过使用HMI设备的配方功能与伺服程序块中变量关联的方式，既实现了人机界面可视化、人工可直接修改目标位置和目标速度，又可以很方便地扩展机型，为客户实现了可操作化，简化了PLC编程的工作量，操作者使用更简单，系统维护更方便，系统灵活性更高。