一種自動(dòng)炸雞機(jī)器人工作站的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

武昌工學(xué)院 朱玉瓊

隨著工業(yè)機(jī)器人在我國制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的依靠人工進(jìn)行零件、組件生產(chǎn)、制造、加工、組裝的時(shí)代，已經(jīng)一去不復(fù)返。工業(yè)機(jī)器人雖然無法完全代替人工，但其已經(jīng)可以在關(guān)鍵步驟、重復(fù)步驟甚至具有危險(xiǎn)性質(zhì)的步驟上替人操作。

本文設(shè)計(jì)一種自動(dòng)炸雞機(jī)器人工作站的控制系統(tǒng)，在日常炸雞過程中，以機(jī)器人操作代替部分人工操作，包含用戶從觸摸屏進(jìn)行點(diǎn)餐，到經(jīng)過加工選取后出貨的全部流程。本文主要從總體方案的設(shè)計(jì)，設(shè)備間的通信，以及PLC控制程序等方面進(jìn)行闡述。

1 自助炸雞單元的工作流程

自助炸雞單元的工作流程如下：用戶通過點(diǎn)擊觸摸屏上按鈕來進(jìn)行選擇，以一種炸雞（霸王雞）為例，此炸雞分為有余與售空兩個(gè)狀態(tài)，售空時(shí)機(jī)器人不工作；有余時(shí)機(jī)器人接受PLC信號(hào)做出動(dòng)作。用戶點(diǎn)擊按鈕選擇霸王雞鮮嫩程度（十成熟和八成熟），選擇之后機(jī)器人接受PLC信號(hào)制作相應(yīng)程度炸雞，制作完成后進(jìn)行口味選擇，此處根據(jù)撒特制辣椒粉數(shù)量分為變態(tài)辣、能吃辣、微微辣三種程度供用戶選擇。

2 自動(dòng)炸雞機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)總體方案

S7-1200PLC、MCGS、TPC7062Ti觸摸屏之間通過以太網(wǎng)網(wǎng)口為媒介進(jìn)行連接?？蓪?shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與主控PLC之間的以太網(wǎng)通訊，主控PLC與TPC7062 Ti觸摸屏之間的以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，可實(shí)現(xiàn)用戶在觸摸屏上進(jìn)行點(diǎn)餐，工作人員在通過觸摸屏監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)。

3 自動(dòng)炸雞機(jī)器人工作站主要設(shè)備選型

自助炸雞單元控制系統(tǒng)采用德國西門子公司開發(fā)的S7-1200PLC，具有模塊化、結(jié)構(gòu)完整、功能全面等特點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用。具有可擴(kuò)展的靈活設(shè)計(jì)，符合工業(yè)通信最高標(biāo)準(zhǔn)的通信接口以及其全面的集成工藝功能，它能以一個(gè)組件集成在綜合自動(dòng)化解決方案中，成為制造行業(yè)中的創(chuàng)新系統(tǒng)解決方案。

觸摸屏選用深圳昆侖通泰的TPC7062 Ti，作為人機(jī)界面首先需要注意的就是用戶體驗(yàn)，該觸摸屏界面簡(jiǎn)潔，特定的按鈕設(shè)定也能自助點(diǎn)餐的效率得到提升，同時(shí)預(yù)裝了MCGS嵌入式組態(tài)軟件。

4 自動(dòng)炸雞人工作站控制系統(tǒng)的通信

外部按鈕與PLC之間直接通過物理I/O連接。MCGS組態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)的觸摸屏上的外部按鈕用來顯示餐品有余或者售空。自助炸雞單元采用的西門子S7-1200PLC為其提供了十四個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)以及十個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)正好滿足設(shè)計(jì)需求。具體外控按鈕相關(guān)分配圖表如表1所示。

表1 外控按鈕相關(guān)分配表

表1根據(jù)信號(hào)設(shè)置對(duì)應(yīng)了六個(gè)外部按鈕與六種炸雞之間的物理I/O通訊，而PLC跟外部按鈕的I/O接線如圖1所示。

圖1 PLC與外部按鈕接線圖

5 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

以設(shè)計(jì)六種炸雞種類為核心，分別設(shè)置變態(tài)辣、能吃辣、微微辣三種按鈕為口味選擇；在其左下角分別設(shè)置八成熟、十分熟兩種按鈕為鮮嫩程度選擇。機(jī)器人接收到信號(hào)，正在進(jìn)行制作及加工時(shí)，出現(xiàn)正在炸雞中，不要著急的字樣；某種類售空時(shí)會(huì)發(fā)出售空警告，然后圖片左上方顯示已售空，如圖2所示。

圖2 自助炸雞人機(jī)界面

6 PLC程序設(shè)計(jì)

用戶在觸摸屏上點(diǎn)擊黑椒雞按鈕后MCGS會(huì)給PLC發(fā)送信號(hào)，如果黑椒雞內(nèi)存售空，觸摸屏上將亮起黑椒雞售空警告。反之，黑椒雞按鈕亮起，繼續(xù)選擇十成熟或者八成熟，比如點(diǎn)擊十成熟按鈕，PLC將向機(jī)器人發(fā)送信號(hào)，機(jī)器人開始制作十成熟黑椒雞，而機(jī)器人制作完畢后發(fā)出信號(hào)，觸摸屏上的十成熟按鈕亮起，此時(shí)用戶即可進(jìn)行口味選擇，比如點(diǎn)擊變態(tài)辣按鈕（在10s內(nèi)），機(jī)器人收到PLC信號(hào)開始根據(jù)撒下辣椒粉量多少進(jìn)行加工；如果用戶在10s內(nèi)沒有進(jìn)行具體的口味選擇，那么系統(tǒng)將默認(rèn)不加辣椒粉，之后機(jī)器人將成品發(fā)送到打包臺(tái)。

部分程序設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 黑椒雞取餐部分PLC程序

結(jié)語：本文簡(jiǎn)述自動(dòng)炸雞工作站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，自動(dòng)炸雞控制系統(tǒng)PLC端接收信號(hào)與機(jī)器人端接收信號(hào)利用西門子S7-1200 PLC，以PLC為主作為控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自助取餐的控制系統(tǒng)，方便消費(fèi)者點(diǎn)餐和取餐，提高服務(wù)質(zhì)量。