基于PLC控制系統(tǒng)的智能機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

楊旭東

廣州數(shù)控設(shè)備有限公司 廣東 廣州 510530

1 基于PLC控制的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)與控制原理

PLC在現(xiàn)代工業(yè)中扮演著重要角色，與工業(yè)機(jī)器人的融合一同成為工業(yè)生產(chǎn)線的重要組成部分。在大型PLC控制系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的聯(lián)合生產(chǎn)應(yīng)用中，均是以PLC系統(tǒng)為主、機(jī)器人控制系統(tǒng)為輔。將PLC控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器人的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，可有效改善系統(tǒng)操作性能、強(qiáng)化系統(tǒng)控制能力、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能。此外，工業(yè)生產(chǎn)線中的多個(gè)工業(yè)機(jī)器人，可通過(guò)PLC控制技術(shù)連接在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的集成控制，便形成了自動(dòng)化的工業(yè)生產(chǎn)線，極大地提高了完成生產(chǎn)任務(wù)的質(zhì)量與效率，加快機(jī)電一體化的發(fā)展進(jìn)程。

工業(yè)機(jī)器人需要完成一系列復(fù)雜的生產(chǎn)線工作，如貨物搬運(yùn)、抓取、檢測(cè)等，利用適應(yīng)性、穩(wěn)定性強(qiáng)的PLC技術(shù)可有效提高系統(tǒng)整體性能。集成控制系統(tǒng)主要原理是：將PLC作為工業(yè)機(jī)器人的核心控制器，借助傳感器、操縱界面、油壓機(jī)完成相關(guān)工作指令的輸入，對(duì)控制面板各類指令的輸入進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，再在傳感器的作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及工作狀態(tài)的有效控制。主要利用的是PLC對(duì)氣缸的驅(qū)動(dòng)功能，電磁閥在接受PLC傳輸?shù)闹噶詈?，通過(guò)吸合與釋放等運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人功能的控制。PLC傳遞或接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人動(dòng)作的控制，進(jìn)而完成工業(yè)生產(chǎn)的裝配與檢測(cè)。

2 自動(dòng)化生產(chǎn)線總體方案與系統(tǒng)控制思路

下面以適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)線為例，完成產(chǎn)品生產(chǎn)裝配和裝盒入庫(kù)作業(yè)，產(chǎn)品機(jī)器完整的過(guò)程都包含以下6個(gè)工藝步驟，分別為：打磨，前期裝配，中期裝配，后期裝配，成品裝盒，加蓋入庫(kù)。現(xiàn)具體以打磨手機(jī)底殼+安裝手機(jī)鍵盤+安裝手機(jī)屏幕+安裝手機(jī)上蓋+手機(jī)成品入盒+手機(jī)成品盒加蓋工藝為例。

整個(gè)系統(tǒng)由6個(gè)子單元（工業(yè)機(jī)器人打磨單元、工業(yè)機(jī)器人前期裝配單元、工業(yè)機(jī)器人中期裝配單元、工業(yè)機(jī)器人后期裝配單元、工業(yè)機(jī)器人成品裝盒單元、工業(yè)機(jī)器人成品盒加蓋入庫(kù)單元）和1個(gè)系統(tǒng)信息總控單元組成，按照工藝流程，每個(gè)子單元完成一個(gè)獨(dú)立的工藝步驟。每個(gè)子單元既能單獨(dú)運(yùn)行，也能在系統(tǒng)信息總控單元發(fā)出總控指令的情況下6個(gè)子單元聯(lián)機(jī)按順序自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)信息總控單元通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與總線進(jìn)行各單元集成作業(yè)，系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)總線和TCP/IP協(xié)議讓總控單元與各子單元聯(lián)網(wǎng)。

該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)工作模式：?jiǎn)螜C(jī)模式/聯(lián)機(jī)模式。在單機(jī)模式下，可以通過(guò)示教盒或觸摸屏等獨(dú)立操縱機(jī)器人或變位機(jī)或傳送帶運(yùn)動(dòng)。聯(lián)機(jī)模式下，由總控單元發(fā)出指令，6個(gè)工藝子單元協(xié)同順序動(dòng)作，連續(xù)完成整個(gè)裝配裝盒工藝過(guò)程[1]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝流程，整個(gè)PLC項(xiàng)目由6個(gè)PLC程序和6個(gè)HMI程序組成，每個(gè)單元由一個(gè)獨(dú)立的PLC控制。單元PLC程序設(shè)計(jì)有3個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)塊，分別為總控?cái)?shù)據(jù)塊、流程數(shù)據(jù)塊和工作站數(shù)據(jù)塊?？偪?cái)?shù)據(jù)塊是信息系統(tǒng)總控單元與PLC使用ModbusTCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)區(qū)，是聯(lián)機(jī)模式的命令和狀態(tài)數(shù)據(jù)。工作站數(shù)據(jù)塊里包含了聯(lián)機(jī)模式和單機(jī)模式下的機(jī)器人、傳送帶和變位機(jī)三個(gè)執(zhí)行器詳細(xì)的命令和狀態(tài)數(shù)據(jù)。流程數(shù)據(jù)塊是聯(lián)機(jī)模式下，機(jī)器人，傳送帶，變位機(jī)3個(gè)執(zhí)行器接收到的命令信號(hào)。單元PLC主程序中依次調(diào)用總控通信FB、傳送帶FB、變位機(jī)FB、機(jī)器人FB、系統(tǒng)報(bào)警FB5個(gè)功能塊。

其中“總控通信”FB實(shí)現(xiàn)是使用服務(wù)器指令接收并處理“信息系統(tǒng)總控單元”客戶端的連接請(qǐng)求，并將全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中的“通信數(shù)據(jù)塊”作為服務(wù)器和客戶機(jī)通信的數(shù)據(jù)區(qū)。“傳送帶”FB實(shí)現(xiàn)是將“流程數(shù)據(jù)塊中”的聯(lián)機(jī)模式命令和單機(jī)模式下來(lái)自HMI面板的命令傳送給工作站數(shù)據(jù)塊中的傳送帶部分。“變位機(jī)”FB實(shí)現(xiàn)是將“流程數(shù)據(jù)塊中”的聯(lián)機(jī)模式命令和單機(jī)模式下來(lái)自HMI面板的命令傳送給工作站數(shù)據(jù)塊中的變位機(jī)部分。“機(jī)器人”FB實(shí)現(xiàn)是將“流程數(shù)據(jù)塊中”的聯(lián)機(jī)模式命令和單機(jī)模式下來(lái)自HMI面板的命令傳送給工作站數(shù)據(jù)塊中的機(jī)器人部分?！跋到y(tǒng)報(bào)警”FB實(shí)現(xiàn)是通過(guò)急停、變位機(jī)伺服報(bào)警，傳送帶變頻器報(bào)警等報(bào)警顯示、報(bào)警喇叭和報(bào)警指示燈處理[2]。

4 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)功能測(cè)試按單機(jī)模式和聯(lián)機(jī)模式2種模式分別進(jìn)行。單機(jī)模式下測(cè)試可使用示教盒和觸摸屏實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作站監(jiān)控。聯(lián)機(jī)模式下測(cè)試需總控單元和6個(gè)子單元一起配合。首先各單元立體倉(cāng)庫(kù)中的工件應(yīng)按要求擺放，快換工具均放置在工具庫(kù)中指定位置，同時(shí)，各單元PLC信號(hào)均處于復(fù)位狀態(tài)，工業(yè)機(jī)器人均處于自動(dòng)運(yùn)行模式，然后運(yùn)行總控計(jì)算機(jī)上的總控軟件。通過(guò)測(cè)試結(jié)果表明，該生產(chǎn)線整體調(diào)試結(jié)果符合預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工的自動(dòng)化生產(chǎn)，且運(yùn)行可靠、效率高，該產(chǎn)線方案有較強(qiáng)的通用性，對(duì)于柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的研制、應(yīng)用和推廣具有一定的借鑒意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品，在眾多生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，隨著PLC技術(shù)的不斷進(jìn)步，將PLC技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的情況已非常普遍，并且工業(yè)機(jī)器人控制過(guò)程中所強(qiáng)調(diào)的柔性以及拓展性正可以通過(guò)基于PLC的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)完美地體現(xiàn)出來(lái)，這也大大提高了機(jī)器人控制系統(tǒng)的安全性及可靠性?；诖?，本文結(jié)合自身工作實(shí)際，以PLC與機(jī)器人聯(lián)合控制自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)為案例，完成硬件系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)，并做出控制特點(diǎn)、思路設(shè)計(jì)與分析。軟件測(cè)試結(jié)果表明，整條產(chǎn)線能在單機(jī)和聯(lián)機(jī)模式下適應(yīng)多種典型產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，有效地提高了設(shè)備利用率。