西门子EM221CN

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          西门子S7-200 SMART系列PLC的CPU模块中间有一块盖板，需要的时候可以将盖板取下，插接一块信号板（Signal Board）。

1) S7-1500系列PLC：整个控制系统的核心，具有强大的通信能力，使用GRAPH语言编写设备间的动作逻辑顺序。

2) S7-1200系列PLC：小型经济的PLC用于伺服的脉冲控制。

3) ABB机器人：对PCB进行抓取与放置。

4) 2台康耐视相机与1台工控机：1台相机抓取PCB定位图像，另1台抓取PCB点胶范围图像，工控机根据图像分析出PCB偏移量与点胶量。

5) 4台聚焦机与4台PC：PC控制聚焦机对PCB进行聚焦与点胶固化。

6) TP700触摸屏：对整个项目设备进行控制、故障与通信诊断、数据存储。

2.网络结构图

网络采用星形结构，S7-1500与1台工控机、1个机器人采用开放式通信，与4台聚焦PC采用S7通信，与1个S7-1200采用PROFINET通信。

图6 网络概览三、控制系统完成的功能

1.相机定位的实现

(1) 相机定位原理

1) 平移。工件发生平移时，在拍照位置进行拍照后，与开始训练标准位置对比，Mark点成像会产生偏移；Mark点偏移量MDx=CDx、MDy=CDy;相机计算出的Mark点偏移量，可以直接补偿。

2)平移和旋转。工件发生平移和旋转时，在拍照位置进行拍照后，与开始训练标准位置对比，Mark点成像会产生偏移。

因为Mark点偏移量MDx≠CDx、MDy≠CDy,所以相机计算出的Mark点偏移量，不能直接补偿给机器人，需要计算出CDx和CDy及CDr和MDr 然后补偿给机器人，机器人补偿后才能进行抓取。

1) S7-1500支持多种工业以太网协议。选用哪种通信协议简单、经济、安全是非常关键的。

① 与相机的工控机通信采用开放式通信，因为仅相机数据传输，那么开放式通信无疑是简单的。

② 与4台聚焦机PC通信采用S7通信，因为机器人要将PCB放入聚焦机内聚焦，那么聚焦机的当前安全状态需要实时了解，通过S7协议，PC可以将当前状态不断写入PLC的DB，让PLC进行判断。

③ 与S7-1200采用PROFINET通信，因为S7-1200支持PROFINET IO，而且PROFINET实时性非常高（可以达到5ms以内），S7-1200组态IO映射后，S7-1500程序中可以直接使用IO，非常简单。

③ 对S7通信诊断，因为S7通信为单边通信，所以PC需要不断地对固定字节进行累加写入，PLC通过判断字节累加与否从而得知连接状态，

3) PLC需同时协调多种设备的流程动作与通信，GRAPH语言是佳选择，如何快速诊断出GRAPH中的互锁、监控、跳转条件，是保证生产稳定性的关键。

① 使用HMI中GRAPH总览控件，可以看到当前的步号，互锁、监控条件以及转换条件、动作的名称，

② 使用HMI中PLC代码视图控件，直接显示GRAPH源程序，互锁、监控条件一条条列出来，。

4） 生产数据的可追溯对于故障分析、工艺改进起至关重要的作用。但对于没有 MES和 SCADA的项目来说，如何通过简单的方式让生产工程师查看生产数据就成了难点，以往的解决方法是通过HMI将数据存入U盘，但查看数据需要HMI反复上电插拔 U 盘，这样很不方便。PLC 中的数据记录功能可以通过编程选择时间点来记录多条数据，PC或者手机通过CPU集成的 Web服务器功能查看，

可编程序控制器（简称PLC）是随着现代工业自动化生产水平和微电子研发、制造水平的飞速发展，在继电器控制的基础上产生的一种新型工业控制装置，是将微型计算机技术、控制技术和通信技术融为一体，应用到工业控制领域的一种高可靠性控制器，是工业生产自动化的重要支柱。1969年台可编程序控制器由美国数字设备公司研发生产，虽然只有40余年的发展历史，但其已经广泛应用于冶金、机械、石油开采、化工、纺织、轻工、建筑、运输、电力等部门。

1985年国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器给出了明确的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。可编程序控制器及其有关设备的设计原则是它应按易于与工业控制系统连成一个整体和具有扩充功能。”

1.1 PLC控制

1.1.1 PLC控制与接触器控制的比较

在PLC出现以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，往往需要由成百上千只各类继电器构成复杂的控制系统，同时需要数倍于甚至数十倍于继电器数量的导线进行连接。当这些继电器运行时，不仅要消耗大量的电能，还要产生大量的噪声污染。生产中，为了保证控制系统的正常运行，需要安排大量的维护技术人员进行维护与检修，因为有时某个继电器的故障或者是某个继电器的触点接触不好都会影响整个控制系统的正常运行。如果系统出现故障，检查和排除故障是非常艰巨和困难的工作，这完全需要依靠现场电气技术人员长期积累的经验。同时，如果生产工艺发生变化，往往需要增加很多的继电器，重新接线或改线的工作量极大，有些极端情况甚至需要重新设计控制系统，造成大量的人力和资金的投入。尽管如此，这种由继电器实现的控制系统的功能也仅仅局限在能实现粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，市场迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，使电气控制系统工作更可靠、维修更容易、更能适应经常变化的生产工艺要求。

而以PLC为核心的自动化设备是通过程序软件来完成所需的控制流程，所以自动化设备的内部结构和接线就与控制任务无关。这样只需要生产标准自动控制设备，通过编制不同的控制程序，就能实现不同的控制任务。同时，随着半导体存储器成本的不断降低，在实现规模较大的控制任务时，以PLC为核心的自动化设备的制造成本要远低于以接触器、继电器为核心的自动化设备

在PLC控制中也能够实现一些接触器控制无法完成的控制过程，例如计数、比较、运算、控制程序检测或对可变参数功能块的调用等功能。

在许多现代工业控制现场，传感器与执行装置是通过现场总线串联起来的。典型的现场总线形式有Interbus、Profibus或是CAN Bus等。这些通过现场总线连接的现场器件，通过局域网可以十分方便地与上级主控制器或主计算机相连。很多PLC都有现场总线通信接口，使得“分散控制，集中监控”的现代工业控制思想得以实现。