楊軼婷 徐宇

[摘 要] 詳述了S7-200 PLC控制器如何利用雙軸機(jī)器臂物流生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)編程控制，結(jié)合觸摸屏作為上位機(jī)監(jiān)控及控制器與碼垛機(jī)器人的通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)該物流生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)。

[關(guān) 鍵 詞] PLC控制；觸摸屏；雙軸機(jī)器臂

[中圖分類號(hào)] TP241.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）30-0024-02

工業(yè)機(jī)器臂是一種類似人手功能的自動(dòng)控制裝置，其在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用大大減輕了人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了危險(xiǎn)發(fā)生，同時(shí)也提高了產(chǎn)品加工精度。本文研究對(duì)象為一雙軸機(jī)器臂的物流系統(tǒng)，通過可編程邏輯控制系統(tǒng)及上位機(jī)觸摸屏監(jiān)控完成生產(chǎn)流程。

一、雙軸機(jī)器臂物流生產(chǎn)線介紹

雙軸機(jī)器臂物流生產(chǎn)線通過將托盤庫內(nèi)的托盤由機(jī)器臂在Y軸上實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)和機(jī)器臂在Z軸實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，機(jī)器臂一端裝有氣爪，通過真空發(fā)生器控制氣爪吸取貨物將托盤由托盤庫搬運(yùn)至鏈條輸送機(jī)，鏈條輸送機(jī)將托盤運(yùn)輸至滾筒輸送機(jī)并向機(jī)器人發(fā)出碼垛信號(hào)，此時(shí)由機(jī)器人完成物料的碼垛工作，碼垛完成后機(jī)器人給出碼垛完成信號(hào)，滾筒輸送機(jī)再通過緩沖區(qū)將滿料托盤送至出貨口。該物流生產(chǎn)線工藝流程如圖1所示。

二、雙軸機(jī)器臂物流控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)該物流生產(chǎn)線的工藝要求，設(shè)計(jì)選用西門子S7-200 226機(jī)型（6ES7 216-2AD23-0XB8）PLC控制器。外圍設(shè)備名稱、類型、與PLC控制點(diǎn)分配情況號(hào)如下表所示。

人機(jī)界面采用昆侖通態(tài)觸摸屏以RS-485串口與S7-200進(jìn)行通訊。

（二）控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)PLC編程軟件以Step7為編程環(huán)境，通過梯形圖編寫程序?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)流程。其中控制伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)完成機(jī)器臂在Y軸與Z軸上的定位運(yùn)動(dòng)，采用脈沖輸出指令庫MAP發(fā)出脈沖輸出指令實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)方向上的機(jī)器臂的準(zhǔn)確定位。觸摸屏采用MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控。

（三）觸摸屏控制要求

在系統(tǒng)送電前先確定急停按鈕未按下。檢查沒有干擾系統(tǒng)運(yùn)行的誤動(dòng)信號(hào)。一切設(shè)備就緒，撥動(dòng)旋轉(zhuǎn)開關(guān)，為系統(tǒng)送電。此時(shí)觸摸屏顯示如圖2所示。

此時(shí)按下觸摸屏上初始復(fù)位按鈕，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入初始化復(fù)位，恢復(fù)至可運(yùn)行的狀態(tài)。復(fù)位過程中觸摸屏上初始狀態(tài)指示燈紅色閃爍，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)后觸摸屏上狀態(tài)指示燈變?yōu)榫G色常亮，表示恢復(fù)完成。此時(shí)將托盤庫中放入足夠量的托盤，并在觸摸屏中輸入單個(gè)托盤的厚度（mm）。按下觸摸屏上啟動(dòng)按鈕，觸摸屏上運(yùn)行指示燈綠色亮起并且指示燈綠常亮燈，系統(tǒng)將入運(yùn)行模式。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)料不足時(shí)指示燈黃燈以2Hz頻率閃爍。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無料時(shí)黃燈以1Hz頻率閃爍，并且待系統(tǒng)整個(gè)流程走完之后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，需待補(bǔ)充足夠托盤之后再次按觸摸屏啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)再次進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)時(shí)停止指示燈紅燈常亮，并且觸摸屏上顯示停止模式紅燈常亮。

當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，按下急停按鈕此時(shí)觸摸屏出現(xiàn)如圖3所示，急停指示燈紅色以1Hz頻率閃爍，并且觸摸屏上急停指示報(bào)警燈閃爍。急停按下時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入急停狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)手動(dòng)按觸摸屏急停處理區(qū)相應(yīng)故障的按鈕，當(dāng)某個(gè)按鈕按下時(shí)此狀態(tài)被激活（為綠色）。當(dāng)故障處理完成后，請(qǐng)?jiān)俅伟聪轮安僮靼粹o使其復(fù)位。如，當(dāng)在Z軸（上下）運(yùn)動(dòng)時(shí)故障，按下急停后請(qǐng)先操作Z軸電機(jī)上升按鈕，再操作其他狀態(tài)。當(dāng)急停松開時(shí)系統(tǒng)退出運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)再次按下復(fù)位按鈕，即故障恢復(fù)。

（四）控制系統(tǒng)與碼垛機(jī)器人信號(hào)對(duì)接處理

托盤到達(dá)碼垛輸送線后需要機(jī)器人配合該物流生產(chǎn)線完成在托盤上放物料碼垛的任務(wù)要求，這就需要PLC與機(jī)器人進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)雙方交互信號(hào)。機(jī)器人與PLC之間的通訊傳輸有“I/O”連接和通訊線連接兩種方式向機(jī)器人發(fā)出信號(hào)，最常用的機(jī)器人與PLC之間使用“I/O”連接的方式：采用I/O通訊，數(shù)字量直接擴(kuò)展輸出，機(jī)器人主體和控制器之間使用自帶通訊電纜直接接插連接。這里用Q1.1和I2.4口完成交互信號(hào)。

三、結(jié)束語

機(jī)器臂搬運(yùn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，其是一個(gè)由機(jī)械、電氣、PLC和觸摸屏等元件構(gòu)成的復(fù)雜的機(jī)電一體化工業(yè)裝備。本文充分利用了PLC控制的靈活性及觸摸屏在可視化方面的優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)了雙軸機(jī)器臂物流控制系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)了最便捷的方式與機(jī)器人對(duì)接。本文可在物流生產(chǎn)控制領(lǐng)域起到一定的借鑒作用。

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