凌雙明，彭小平

(長沙航空職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410124)

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《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程》綜合性項目教學法探究

凌雙明，彭小平

(長沙航空職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410124)

主要探索和實踐了通過將工業(yè)機器人在線編程與西門子1200 PLC、西門子TP700觸摸屏通訊相結合，采用項目法的綜合實訓教學模式。綜合性的項目教學方法可以使高職學生編程能力差、通訊調(diào)試能力差的問題得到較好解決，對高職學生的綜合素質(zhì)的培養(yǎng)有一定的借鑒意義。

西門子1200；項目法；TP700；在線編程

隨著我國制造業(yè)的極速發(fā)展，目前正面臨著人力成本提升和利潤降低等問題，為了提高生產(chǎn)效率，很大一部分企業(yè)都將工業(yè)機器人應用于生產(chǎn)建設以達到提高工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的目的，工業(yè)機器人在我國已成為企業(yè)無人化工廠必不可少的設備之一[1]。工業(yè)機器人現(xiàn)場編程是工業(yè)機器人技術專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是一門多學科的綜合性技術，涉及觸摸屏技術、可編程控制器、傳感器、變頻器技術等多學科的內(nèi)容[2]。其目的是培養(yǎng)學生在機器人技術方面分析與解決問題的能力，為畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下必要的機器人技術基礎。

采用工業(yè)機器人現(xiàn)場編程與PLC、HMI通訊實現(xiàn)碼垛和搬運的綜合性項目教學設計，可以讓學生通過在教中做、做中學來真正理解和消化課程的重點和難點，達到融會貫通的教學效果。

1 PLC工業(yè)機器人通訊綜合性教學項目的設計

1.1 教學項目開發(fā)的思路

本文主要研究通過在實訓項目中制訂典型工作任務，以項目為載體，工作過程為導向，以學生為主體，充分體現(xiàn)職業(yè)性、實踐性和開放性的要求，選取了工業(yè)機器人通過交換機與西門子S7-1200 PLC、西門子TP700觸摸屏通訊的綜合性教學項目來實現(xiàn)對物品的拾取和定位放置，此項目考察學生的PLC編程、工業(yè)機器人編程、HMI畫面繪制等綜合技能。

1.2 本項目任務要求

人工手動放置裝有一個物品的托盤于托盤流水線，當托盤經(jīng)過托盤流水線時，阻擋氣缸進行阻擋，然后相機進行識別，識別完成后，發(fā)送數(shù)據(jù)給PLC，PLC進行相應處理后，當托盤運行到抓取工位時，把數(shù)據(jù)發(fā)送給機器人，機器人根據(jù)傳送過來的物品數(shù)據(jù)，用單吸盤對托盤物品抓取，并放置于流水線的指定位置。編寫PLC程序并完成HMI繪制后完成機器人在線編程和示教(其中視覺腳本和托盤流水線程序已經(jīng)提供)。

表1 主控地址通訊配置表

2 項目實施

通過前面實訓項目的設計，使學生了解本項目的任務要求和PLC控制系統(tǒng)的硬件的設計和工業(yè)機器人的變量設定。為了讓學生掌握實訓項目的知識點和技能點，教師在教學過程中通過案例教學法、演示操作教學法來實現(xiàn)。完整的教學設計和基于工作過程的項目驅動教學的實施如下：

2.1 知識點、技能點的學習和訓練

思考：

1) 如何新建工程，組態(tài)PLC IO模塊 ，改PLC IP地址，新建子網(wǎng)。

2) 如何組態(tài)變頻器，選擇子網(wǎng) ，改IP地址和變頻器名稱，給變頻器添加子模塊。

3) 如何組態(tài)觸摸屏，改IP地址。

4) 如何向你添加子模塊的控制地址寫控制字。

5) 如何寫程序控制變頻器。

6) 如何綁定觸摸屏變量，控制電機運動。

行動：試著完成以下任務。

任務一：進行觸摸屏的組態(tài)畫面繪制，并關聯(lián)變量，設置觸摸屏IP地址。

任務二：使用S7-1200PLC編寫機器人抓取函數(shù)。

任務三：使用S7-1200PLC編寫機器人偏移函數(shù)。

X為軸坐標輸入，Y為Y軸坐標輸入，Z為Z軸坐標輸入，A是角度輸入值，類型都是整數(shù)型。

XOffset、YOffset、ZOffset、AOffset分別表示XYZ軸和角度坐標偏移量的輸入值，類型都是整數(shù)型。

2.2 確定系統(tǒng)控制方案

思考：本系統(tǒng)采用什么控制器？完成項目需要哪些設備和元器件？

行動：小組成員共同研討，制訂系統(tǒng)控制總體控制方案，繪制系統(tǒng)工作流程圖及系統(tǒng)結構框圖；據(jù)技術工藝指標確定系統(tǒng)的評價標準。

2.3 PLC控制系統(tǒng)硬件的設計

1) 收集相關PLC控制器、觸摸屏、開關、按鈕等設備資料，完善項目設備表(元器件清單)。

2) 輸入/輸出的點分配。

3) 繪制出觸摸屏組態(tài)界面，如圖1所示。

圖1 HMI組態(tài)畫面

2.4 PLC程序設計

1) 根據(jù)被控對象的工藝條件和控制要求，設計梯形圖，要求兩種以上方法進行PLC的程序設計。參考方法：第一種方法：通訊功能指令；第二種方法：調(diào)用封裝好的函數(shù)塊。

2) 機器人在線編程和示教。機器人回零流程：按下觸摸屏上的“復位”按鈕，發(fā)送31指令，機器人反饋100待機狀態(tài)，再按下觸摸屏上“啟動”按鈕，發(fā)送12和回零104指令，機器人回零完成反饋100待機；機器人運行流程：接收到機器人待機狀態(tài)100，發(fā)送啟動103、抓取和放置工件的X Y Z軸坐標和Z軸角度、使用的工具，機器人反饋回運行中200，運行完成后反饋回101。

發(fā)送暫停信號11，故障排除完成后按下觸摸屏上“繼續(xù)”按鈕，發(fā)送203繼續(xù)執(zhí)行指令，機器人繼續(xù)執(zhí)行；或者是機器人重新回零開始。

2.5 系統(tǒng)安裝接線和綜合調(diào)試

首先按系統(tǒng)接線圖連接好系統(tǒng)，然后根據(jù)控制要求對系統(tǒng)進行調(diào)試，直到符合要求。

1) PLC通電，通過編程軟件將PLC置于非運行(RUN)狀態(tài)，并將程序下載到PLC。

2) 通過編程軟件將PLC置于運行RUN狀態(tài)，按下觸摸屏上的啟動按鈕，觀察計算機上顯示程序中各觸點和線圈的狀態(tài)和工業(yè)機器人的運行情況。

3) 聯(lián)合調(diào)試、發(fā)現(xiàn)問題進行修改，直到系統(tǒng)完善。

2.6 項目考核及總結

教師根據(jù)聯(lián)機調(diào)試結果，即機器人在自動模式下所能實現(xiàn)的功能，給出該項目的分數(shù)作為項目考核成績[3]，學生開展小組討論總結實訓中聯(lián)機調(diào)試遇到的問題及解決方案。

3 結論

HMI和PLC控制機器人實現(xiàn)工件抓取、放置的綜合性項目實訓教學，可以使學生掌握HMI組態(tài)繪制與變量關聯(lián)、西門子1200的通訊測試、機器人編程與調(diào)試等綜合知識技能。豐富的教學內(nèi)容和項目化教學方式讓學生通過“做中學”，讓教師“做中教”的方式，教學做一體化明顯提高了教學效果。

[1] 葉暉，管小清.工業(yè)機器人實操與應用技巧[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.

[2] 葉暉.工業(yè)機器人典型應用案例精析[M].北京:機械工業(yè)出版社,2013.

[3] 陳永清.基于工學結合的證書課程實訓項目設計探索[J].深圳信息職業(yè)技術學院學報，2011(4)：54-56.

Research on Comprehensive Project Teaching Method of “Industrial Robot on Line Programming”

Ling Shuangming,Peng Xiaoping

(ChangshaAeronauticalVocationalandTechnicalCollege,Changsha,Hunan410124,China)

This paper mainly explores the integrated practice teaching mode of the project method by combining the industrial robot online programming with the SIEMENS 1200 PLC,SIEMENS TP700 touch screen communication.Comprehensive project teaching method can make a better solution for the problems of poor programming ability and poor communication ability of higher vocational college students,which can be used for reference to cultivate the comprehensive quality of higher vocational college students.

SIEMENS 1200; project method; TP700; on line programming

2016-05-24

凌雙明(1983-)，女，實驗師，碩士，主要研究領域為機電一體化技術。

1674-4578(2016)05-0084-02

G642.4；TP242

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