周信

（蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215104）

1 PLC控制系統(tǒng)的基本技術(shù)特征分析

PLC主要利用以數(shù)字操作為主的電子化系統(tǒng)，可結(jié)合編程存儲(chǔ)器對用戶所設(shè)計(jì)的程序指令進(jìn)行整合與改編，再結(jié)合新的程序指令實(shí)現(xiàn)某些功能，實(shí)現(xiàn)如邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算數(shù)運(yùn)算、數(shù)字或模擬輸入、輸出等各類機(jī)械控制技術(shù)功能。與傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有較大的進(jìn)步，其除了具備靈活的邏輯處理功能外，還具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。本文以匯川H3U系列PLC為例，介紹PLC控制系統(tǒng)在機(jī)器人搬運(yùn)工作站中的實(shí)際應(yīng)用方法。通過PLC編程實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備與機(jī)器人的交互控制，且編程計(jì)算操作更加細(xì)致，功能應(yīng)用更加廣泛，可確保整個(gè)生產(chǎn)應(yīng)用操作過程簡單化、模塊化和實(shí)用化[1]。

2 PLC控制系統(tǒng)在機(jī)器人應(yīng)用中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

以搬運(yùn)機(jī)器人工作站為例，通過將PLC控制系統(tǒng)與機(jī)器人相結(jié)合實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，有效提高了企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。

2.1 碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站使用概況

目前，企業(yè)或工廠將碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站用于碼垛搬運(yùn)產(chǎn)品貨物已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化。本文所介紹的基于匯川PLC控制系統(tǒng)的碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線產(chǎn)品自動(dòng)化分揀、碼垛，并將碼垛后的產(chǎn)品輸送到下一工段輸送線進(jìn)行下一步生產(chǎn)加工[2]。

2.2 碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站的系統(tǒng)構(gòu)成

本文所述碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站主要由匯川PLC控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、輸送機(jī)、智能相機(jī)等部分組成。整個(gè)系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)的功能就是針對輸送線碼垛工段將包裝好的產(chǎn)品根據(jù)基本類型、尺寸等進(jìn)行自動(dòng)化分揀，然后利用工業(yè)機(jī)器人碼垛搬運(yùn)貨物到相應(yīng)托盤位置，完成搬運(yùn)后將貨物運(yùn)輸?shù)较乱粋€(gè)工段。以匯川H3U型PLC為核心的搬運(yùn)機(jī)器人工作站系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 基于PLC控制核心的機(jī)器人搬運(yùn)工作站結(jié)構(gòu)組成

在實(shí)際的生產(chǎn)操作過程中，PLC能夠通過工業(yè)通信技術(shù)與機(jī)器人、智能相機(jī)等建立通信機(jī)制，從而保證機(jī)器人碼垛搬運(yùn)工作站既能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)，也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，并且能直觀展示給生產(chǎn)技術(shù)人員，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.3 PLC碼垛搬運(yùn)機(jī)器人的控制程序設(shè)計(jì)

碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站采用匯川PLC控制系統(tǒng)的原因是充分考慮了系統(tǒng)控制邏輯、靈活性、便捷性、可靠性與易于維護(hù)性，在具體的系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)過程中，將圍繞匯川PLC控制系統(tǒng)與周邊設(shè)備的交互協(xié)作功能展開設(shè)計(jì)。工作站系統(tǒng)采用Modbus-TCP通信協(xié)議，PLC控制系統(tǒng)具體控制任務(wù)包括如下內(nèi)容：

①實(shí)現(xiàn)PLC與工業(yè)機(jī)器人之間的協(xié)同控制。主要包括PLC控制系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)之間的通信信息交互，以及工業(yè)機(jī)器人的點(diǎn)位示教。按照手動(dòng)模式和自動(dòng)模式兩種情況下的工作流程，實(shí)現(xiàn)PLC控制程序的編寫。

②實(shí)現(xiàn)PLC與輸送線之間的驅(qū)動(dòng)控制。輸送線控制可以通過機(jī)械按鈕控制，也可以通過組態(tài)監(jiān)控畫面控制，主要功能包括機(jī)械清零，輸送線回零點(diǎn)位置，去使能，正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)，反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)，設(shè)定速度，設(shè)定加減速時(shí)間等。

③實(shí)現(xiàn)與智能相機(jī)之間的交互，當(dāng)工件在輸送線上到達(dá)指定位置后，能夠觸發(fā)相機(jī)啟動(dòng)拍照程序，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)圖像分析與判斷，為機(jī)器人動(dòng)作提供必要的依據(jù)。

④實(shí)現(xiàn)PLC傳感器數(shù)據(jù)采集及執(zhí)行部件的動(dòng)作，作為控制系統(tǒng)感知部分，是控制系統(tǒng)動(dòng)作的依據(jù)，并且通過控制執(zhí)行部件的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對工件流程的控制。

2.4 碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站通信方式

碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站系統(tǒng)采用Modbus-TCP通信協(xié)議。

匯川Modbus-TCP通信請求幀格式和響應(yīng)幀格式如表1、表2所示。采用0x01命令碼，可以讀取Q變量；采用0x31命令碼，可以讀取SM變量。請求幀格式：事務(wù)元標(biāo)識(shí)符+協(xié)議標(biāo)識(shí)符+長度+從機(jī)地址+0x01+線圈起始地址+線圈數(shù)。

響應(yīng)幀格式：事務(wù)元標(biāo)識(shí)符+協(xié)議標(biāo)識(shí)符+長度從機(jī)地址+0x01+字節(jié)數(shù)+線圈狀態(tài)。

當(dāng)機(jī)器人每完成一個(gè)動(dòng)作程序后，都要通過PLC控制系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號，控制機(jī)器人工作站系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)流程的生產(chǎn)動(dòng)作中去[3]。

表1 Modbus-TCP通信請求幀格式

表2 Modbus-TCP通信響應(yīng)幀格式

3 結(jié)語

PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人工作站中的應(yīng)用廣泛，如本文中所討論的碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站就是通過合理設(shè)計(jì)并應(yīng)用了PLC控制系統(tǒng)，明確了PLC控制系統(tǒng)本身與碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站的關(guān)系問題，在整個(gè)流程中各個(gè)組成部分之間的邏輯關(guān)系與數(shù)據(jù)關(guān)系。應(yīng)用實(shí)際表明，基于PLC控制系統(tǒng)的碼垛搬運(yùn)機(jī)器人工作站具有良好的自動(dòng)碼垛搬運(yùn)工作能力，而且系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，生產(chǎn)效率獲得了很大提升。