基于PLC技術(shù)的碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)探究

劉麗芳

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，碼垛機(jī)器人的應(yīng)用也越來越廣泛，將為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。而基于PLC技術(shù)的垛機(jī)器人，更是能夠在很大程度上決定著碼垛機(jī)器人的工作效率以及工作精度。本文首先介紹了基于PLC技術(shù)的碼垛機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成，之后闡述了碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的要求及基于PLC碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；碼垛機(jī)器人；控制系統(tǒng)；硬件和軟件設(shè)計(jì)

作為機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，工業(yè)碼垛機(jī)器人有助于企業(yè)提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)，確保產(chǎn)品質(zhì)量提升、對(duì)勞動(dòng)條件進(jìn)行改善、作業(yè)布局進(jìn)行優(yōu)化，因此具有巨大的貢獻(xiàn)，對(duì)其應(yīng)用的數(shù)量以及質(zhì)量甚至成了企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的先進(jìn)水平的標(biāo)志。作為工業(yè)碼垛機(jī)器人最為重要的組成部分，控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人碼垛功能的實(shí)現(xiàn)及作業(yè)性能的保障起著至關(guān)重要的作用，直接決定著機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度及工作效果。基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)具有通用性、開放性，因此將PLC技術(shù)控制系統(tǒng)作為碼垛機(jī)器人的核心，能夠在很大程度上決定著碼垛機(jī)器人的工作效率以及工作精度，是實(shí)現(xiàn)碼垛機(jī)器人功能以及工作各項(xiàng)性能的前提和保障，同時(shí)由于控制系統(tǒng)對(duì)碼垛機(jī)器人來說相當(dāng)于它的大腦，支配著碼垛機(jī)器人的各項(xiàng)功能和性能。因此，對(duì)于基于PLC技術(shù)的碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行探究具有重要的意義和價(jià)值。

1 基于PLC技術(shù)的碼垛機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成

基于PLC的機(jī)器人碼垛搬運(yùn)系統(tǒng)主要包括六個(gè)部分，分別為工控機(jī)、PLC、機(jī)器人以及輸送機(jī)、條碼掃描器和傳感器構(gòu)成，此系統(tǒng)的主要功能是要結(jié)合類型和尺寸將輸送線碼垛工段上已經(jīng)包裝好的產(chǎn)品做好自動(dòng)的分類，之后利用機(jī)器人將其搬運(yùn)并碼垛到相應(yīng)的托盤中，碼垛完成以后在自動(dòng)的把托盤輸送到下一個(gè)工段。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，可以把碼垛工段分成一個(gè)掃描工位、兩個(gè)搬運(yùn)工位，一個(gè)個(gè)緩沖工位、四個(gè)碼垛工位和兩個(gè)機(jī)器人工位。 通過將PLC和工控機(jī)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了上下位機(jī)控制系統(tǒng)，能夠讓系統(tǒng)不但可以及時(shí)的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，同時(shí)還能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理與使用，同時(shí)將其直觀地顯示出來，進(jìn)而達(dá)到對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。

2 碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的要求及設(shè)計(jì)

2.1 碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)的要求

結(jié)合碼垛機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)指標(biāo)以及工作要求，碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)要能夠滿足六個(gè)方面的要求。首先，四軸可以自由的進(jìn)行控制與協(xié)調(diào)，可以完成高效、穩(wěn)定的作業(yè)；其次，用示數(shù)的方式表現(xiàn)控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的控制；再次，具有良好的實(shí)時(shí)能力與動(dòng)態(tài)響應(yīng)力；第四，具有較高的可靠性、穩(wěn)定性與可靠性；第五，具有良好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，各項(xiàng)操作較為方便；第六，具有緊湊與可擴(kuò)展性的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.2 基于PLC碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)將橫河PLC當(dāng)成控制系統(tǒng)的核心硬件，用Wide-Field作為控制系統(tǒng)軟件的編程平臺(tái)，用觸摸屏自帶ADP軟件作為人機(jī)界面設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)。PLC的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人各軸運(yùn)動(dòng)、對(duì)面板開關(guān)量進(jìn)行的控制、同時(shí)實(shí)時(shí)掃描和更新反饋的信息數(shù)據(jù)。觸摸屏的任務(wù)是要完成人機(jī)交互和系統(tǒng)管理作用。PLC與觸摸屏利用RS232實(shí)現(xiàn)通信，和驅(qū)動(dòng)器則利用CN1端口完成對(duì)信息控制和傳遞，同時(shí)PLC還會(huì)控制外圍I/O點(diǎn)、安防系統(tǒng)以及碼垛抓手，進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)完整的數(shù)控系統(tǒng)。人機(jī)交互設(shè)備（觸摸屏）接收來自使用者的控制指令，利用和PLC的通信線，對(duì)PLC控制進(jìn)而給電機(jī)發(fā)送指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)碼垛任務(wù)；示教器則主要用來初始示教。個(gè)人PC用來實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC控制程序的編寫和傳輸。此外，在現(xiàn)場(chǎng)還要設(shè)置若干安防系統(tǒng)，用于促進(jìn)碼垛機(jī)器人系統(tǒng)可靠性和安全性的提高。執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇交流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)利用編碼器反饋，構(gòu)成閉環(huán)控制，進(jìn)而確保系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的精度與準(zhǔn)確度。

2.3 基于PLC碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在碼垛機(jī)器人的軟件結(jié)構(gòu)中，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)和代碼編寫可利用觸摸屏自帶編寫軟件，此種軟件具有簡(jiǎn)單易懂、操作簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)于工業(yè)環(huán)境的碼垛機(jī)器人十分的適合，且性能穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)成本較低。從設(shè)計(jì)的模塊來看，主要包括初始化模塊、監(jiān)控模塊、示教模塊、文件處理模塊以及參數(shù)設(shè)置模塊等。其中，初始化模塊的作用是對(duì)碼垛機(jī)器人整個(gè)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)進(jìn)行負(fù)責(zé)，把所有的程序初始化，同時(shí)檢測(cè)各個(gè)模塊是否正常，是否可以正常的進(jìn)行作業(yè)，假如有的模塊不能正常的工作，就會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的警示，同時(shí)顯示問題故障模塊。監(jiān)控模塊的作用則是對(duì)碼垛機(jī)器人的工作情況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)對(duì)當(dāng)前碼垛機(jī)器人的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。示教模塊的作用是生成碼垛機(jī)器人位置參數(shù)，形成指示的文件進(jìn)而給操作人員作為參考。文件處理模塊的作用是對(duì)碼垛機(jī)器人的所有文件進(jìn)行管理，例如對(duì)文件進(jìn)行查看、修改、調(diào)用以及增加和刪除等。參數(shù)設(shè)置模塊的作用是利用該模塊完成對(duì)碼垛機(jī)器人的參數(shù)控制，同時(shí)還利用其完成對(duì)可調(diào)參數(shù)的設(shè)置以及I/U系統(tǒng)的管理和設(shè)置。

總之，隨著科技的發(fā)展，碼垛機(jī)器人得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而基于PLC技術(shù)的碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)更是極大的促進(jìn)了碼垛機(jī)器人工作效率和準(zhǔn)確性的提升。

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