本文介绍了西门子S7-1500PLC在喷涂机器人及悬挂行走机构总控系统中的应用；从软硬件设计方面，并结合现场调试实例，叙述了对关键功能的成功实现。

一、项目介绍

近年来，机器人自动化喷涂系统因其具有重复精度高、涂装质量好、可靠性好、适用性强、效率高等众多优点，已广泛应用于汽车等工业领域。而目前航空产品制造过程仍旧是劳动密集、工序繁复、工况恶劣、辅以大量工装夹具并以手工制造为主，自动化生产能力不足。在国家提出十三五规划，大力发展智能制造2025的时代大背景下，中航工业复合材料制造所高瞻远瞩，率先在喷涂领域采用机器人进行自动化生产，加快了企业生产模式转型升级，提高了装备先进制造能力。

本项目采用的是一台可移动的悬挂式喷涂6轴机器人，它安装在3自由度直角坐标变位天车上，可以在喷房范围内（喷漆房内尺寸：L30m×W9m×6.5m）进行前后、左右、上下及旋转等多个自由度的运动，机器人的手臂上带有一支喷枪，能实现对大型复合材料工件外表面涂装涂层的喷涂作业。

二、悬挂式机器人喷涂系统组成

悬挂式机器人喷涂系统由总控系统、天车系统（悬挂行走机构）、机器人系统、智能供漆系统以及视频监控系统组成，系统网络图如图1所示：

天车系统包括：

1套纵走机构（X轴）、1套横走机构（Y轴）、1套升降机构（Z轴）和电气伺服驱动系统，还有用于维修和检测的走台等附属设施。如图2所示：

智能供漆系统由虹吸管、隔膜泵、物料罐、过滤器、2KS、调压器、空打保护器等组成一套完整的供漆系统，是喷涂系统的重要组成部分，其承担着从原料供应到原料调节预混配比等重要的作用，是执行机构的必要前提。物料包含油漆、固化剂和清洗剂。

项目选用的是史陶比尔（Staubli）TX250系列6轴机器人，也是新款的机器人。整个机器人系统由3个部件组成，包括控制器CS8C、机械手臂（Arm）以及手动示教盒（Manualcontrolpendant，MCP）。

三、控制系统架构

此套系统的总控系统控制器采用西门子S7-1500PLC作为主控制器，WinCCProfessionalV13SP1作为上位机操作画面，TP1200作为操作面板，天车、机器人和供漆系统分别采用S7-1200作为控制器。S7-1500总控系统通过PROFINET总线与喷涂机器人系统、供漆系统和悬挂行走系统通讯，完成系统整体控制，实现对系统运行状态的实时监控及操作，保证对整个工件的连续喷涂。控制系统架构如图4所示，主控系统硬件设备表单，如下表1所示。

四、控制系统实现的功能

悬挂式机器人喷涂系统可以实现对天车系统和机器人喷涂系统的单独进行操作。在现场天车可以通过操作屏TP700进行操作，分别对X、Y和Z轴伺服电机进行上电、零点校准、定位等。

供漆系统的现场屏TP700可以显示油漆液位、清洗剂液位、固化剂液位、管路压力、电磁阀状态、流体调压器状态、2KS系统各种油漆的自动配比情况、气动泵以及防空打保护器等。

机器人系统的现场屏TP700显示X、Y、Z、RX、RY、RZ六轴移动情况。现场示教盒可对机器人进行离线轨迹规划等。

总控制系统包括现场控制系统和远程控制系统两套组成。

现场控制系统能通过总线与机器人系统、悬挂行走系统和供漆系统通讯，完成系统整体控制，对整个工件的连续喷涂；远程控制系统主要实现对系统运行状态的实时监控及操作。

总控制系统能够对分系统进行控制及状态显示。可对供漆系统自动进行换色、加料、清洗等操作。可对悬挂行走机构运动过程中产生的误差进行修正。

五、喷涂工艺流程及控制的技术要点

悬挂式机器人喷涂系统喷涂工艺流程如下：

首先天车系统、供漆系统和喷涂系统准备就绪，工件进入指定位置，并定位→系统检测工件实际位置→坐标拟合→示教（手动调试程序）→启动运行，总控读取喷漆“工件数据”，发喷涂“轨迹号”和喷涂“配方确认”信号给机器人喷涂系统→机器人喷涂系统读取喷涂“轨迹号”和颜色“配方号”→机器人喷涂系统确定是当前喷涂配方，则给总控发出位置1的“喷涂申请”信号→悬挂系统三轴分别到达指定位置1后，发“天车已到喷涂位置”信号给总控→2KS混合，机器人开始自动喷涂（调用喷涂程序1）→喷涂工件1号区域，喷涂完成，机器人回到HOME位后停止，并给总控发“喷涂完成”信号→总控读取“喷涂完成”信号，变换工件指针，指向2号区域工件数据，发喷涂“轨迹号”和喷涂“配方确认”信号给机器人喷涂系统→机器人喷涂系统读取喷涂“轨迹号”和颜色“配方号”→机器人喷涂系统确定是当前喷涂配方，则给总控发出位置2的“喷涂申请”信号→悬挂系统三轴分别到达指定位置2后，发“天车已到喷涂位置”信号给总控→2KS混合，机器人开始自动喷涂（调用喷涂程序2）→喷涂工件2号区域，喷涂完成后，机器人回到HOME位后停止……

按上述程序分别喷涂工件3号区域，4号区域……n号区域，直至完成工件的全部喷涂任务→机器人回零位（HOME点），天车回到原始位置，工件下线。

为了完成对整个工件的连续喷涂，直至天车回到原始位置，总控的S7-1500控制器作为整个系统为关键的核心部件，协调控制天车和机器人系统的工作。手动示教调试机器人程序时，要把工件在每个区域的天车X、Y、Z坐标值、机器人的轨迹号要手动记录下来，通过在总控的操作屏TP1200或者在中控的工控机上输入，存入总控S7-1500PLC的数据块里，系统自动运行时，再自动一步一步按照工艺顺序调用已经存入的数据。

由于工件种类多，不同工件划分的区域大小是不一样的，而且每个区域是多个数值，存储数据的DB块是数据的嵌套，即为多重数组，所以DB块的大小要开辟足够大，才能满足生产要求。总控若选择普通的S7-300/400PLC用STEP7编程方式实现数据的存储和读取有一定的困难，故选择S7-1500PLC采用TIA博途的SCL编程方式实现此功能，更加方便和容易。