西门子模块6ES7355-1VH10-0AE0性能参数
随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手、XY轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。
一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程
机械手结构如下图1所示，有气控机械手（1）、XY轴丝杠组（2）、转盘机构（3）、旋转基座（4）等组成。
图1 机械手结构图
其运动控制方式为：（1）由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手（有光电传感器确定起始0点）；（2）由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动（有x、y轴限位开关）；（3）可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转（其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成）；（4）旋转基座主要支撑以上3部分；（5）气控机械手的张合由气压控制（充气时机械手抓紧，放气时机械手松开）。
其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，充气，机械手夹住货物。
步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。
二 控制器件选型
为达到**控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：
1. 步进电机及其驱动器
机械手纵轴（Y轴）和横轴（X轴）选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，大3A的8种输出电流可选，大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于**电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器大输出电流值为3A/相（峰值），通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用。本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。
2. 伺服电机及其驱动器
机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式（脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线）；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应**2倍，达到500Hz；定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，**系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、RS-232C通信口，使上位控制器可控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。
3. 直流电机
可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。
4. 旋转编码器
在可回旋360°的转盘机构上，安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，编码器将信号传给PLC，实现转盘机构的**定位。
5. PLC的选型
根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRONPC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。
三 软件编程
1. 软件流程图
流程图是PLC程序设计的基础。只有设计出流程图，才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表，终完成程序的设计。写出流程图非常关键也是程序设计要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求，绘制流程图如图2所示。
图2 软件流程图
2. 程序部分
由于论文篇幅有限，这里只列出了开始两段程序，供读者参阅，见图3。
图3 程序列表
四 结束语
四轴联动简易机械手的各个动作和状态都由PLC控制，不仅能满足机械手的手动、半自动、自动等操作方式所需的大量按扭、开关、位置检测点的要求，更可通过接口元器件与计算机组成。
PLC工业局域网，实现网络通信与网络控制。使四轴联动简易机械手能方便地嵌入到工业生产流水线中。
wincc web navigator 服务器负载均衡功能可以使wincc web navigator 客户端在连接webnavigator服务器时，根据各个服务器的授权和连接负载等状态，使客户机自动连接到不同的wincc webnavigator服务器上，以实现各服务器负载均衡，又能获得冗余（容错）的功能，比如：当web客户机到服务器的连接中断时（比如：服务器宕机、服务器的wincc停止运行、服务器网络故障等），客户端可以自动切换到其他的webnavigator服务器， 如下图所示：
wincc web navigator的负载均衡功能可用于**系统的可用性，可靠性和延展性。
这里要提到两个名词：参与服务器和负载均衡服务器。
参与服务器很容易理解，是指所有参与和提供web 服务的服务器；
负载均衡服务器：本身也是参与服务器，但它要负责进行对各服务器负荷评估，当收到客户端发出的请求时，负载均衡服务器会决定由负荷较轻的服务器来处理请求，并将请求直接送到这台参与服务器，由参与服务器返回给客户端的**不经过负载均衡服务器，这样速度快开销少。负载均衡功能的实现需要至少有一台webnavigator负载均衡服务器和一台参与服务器，也可以有多台负载均衡服务器。
wincc多支持32 个web navigator 服务器之间的负载均衡。
组态要求：
有两台或两台以上的wincc web navigator v7.0服务器。
wincc基本授权， web navigator服务器授权和“load balancing”授权。
组态步骤：
安装设置每台wincc web navigator 服务器，安装web navigator server 前，请确认已安装了iis（internet inbbbbation service）。关于web navigator的安装步骤请参见wincc在线帮助。
确认所需授权都已安装。
各web navigator服务器可以正常单独运行，并能相互通过ie访问。
各web navigator参与服务器和负载均衡服务器上运行相同的wincc项目，要组态相同的用户；客户机无需授权。
在列表中添加每一个web navigator参与服务器的地址。其中也包含负载均衡服务器。
web服务器可以组态为参与服务器也可以组态成负载均衡服务器，但若要获得负载均衡的功能，客户机要连接负载均衡服务器。换而言之，若客户机连接未激活负载均衡功能的参与服务器，可以访问该服务器，但却没有负载均衡和冗余（容错）功能。
在load balancing configuration对话框中添加所有参与服务器，如果本机要作为负载均衡服务器，使能“enable loadbalancing”，若不使能该选项，则仅作为参与服务器。在其他各web navigator服务器上做相同设置。
设置完后会在安装目录下..\wincc\webnavigator\server\bin中生成lbconfig.xml文件，其中记录了各参与服务器的地址：
重新激活wincc 运行系统，即可。
如果客户机连接到一台负载均衡服务器上，若该服务器的负荷较重，而其他“参与服务器”负荷较轻时，负载均衡服务器会将客户机的请求自动转发给这台负荷较轻的服务器，这台服务器可以是负载均衡服务器也可以是参与服务器。
下图是web 客户端连接到一台负载均衡服务器，并且此服务器发生故障（比如：wincc runtime 没有激活）。
连接中断，经过几秒钟的重试后，客户端会自动连接到next server 192.168.15.2。
如果服务器只是“参与服务器”，而没有激活负载均衡。客户机连接到这台机器上，连接是不会自动切换的。
如果客户机起初试图连接一台负载均衡服务器，但无法建立连接，则客户机无法自动切换到其他web 服务器上。
故可将各参与服务器设置为负载均衡服务器，以获得在各台服务器上有冗余（容错）功能。