李皓

摘 要：本文設(shè)計(jì)一種工業(yè)機(jī)器人的打磨工作站控制系統(tǒng)，打磨產(chǎn)品為風(fēng)機(jī)機(jī)殼，從總體方案的設(shè)計(jì)，設(shè)備間的通訊設(shè)計(jì)，PLC程序幾方面進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：打磨 工業(yè)機(jī)器人 控制系統(tǒng)

Design of the Control System of an Industrial Robot Polishing Workstation

Li Hao

Abstract：This article designs a polishing workstation control system conducted by industrial robots. The polishing product is a fan casing. The design of the overall scheme， the communication design between the equipment， and the PLC program are described in the article.

Key words：polishing， industrial robot， control system

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求，傳統(tǒng)制造型企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需求不斷提高。傳統(tǒng)的手工打磨作業(yè)存在打磨質(zhì)量不穩(wěn)定、效率低、且產(chǎn)品的均一性差。且工作環(huán)境惡劣，粉塵和噪聲嚴(yán)重影響工人的健康。對(duì)打磨工人的技術(shù)水平要求相對(duì)比較高，產(chǎn)品的質(zhì)量也不穩(wěn)定，滿足不了自動(dòng)化生產(chǎn)需求。本文設(shè)計(jì)一種控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人打磨作業(yè)的控制，提高打磨作業(yè)的智能化程度以及工業(yè)生產(chǎn)的效率。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

此設(shè)計(jì)打磨產(chǎn)品為風(fēng)機(jī)機(jī)殼，工業(yè)機(jī)器人型號(hào)為IRB460（ABB），機(jī)器人末端執(zhí)行器有打磨頭和抓手用于打磨機(jī)殼和抓取機(jī)殼，實(shí)現(xiàn)的控制流程如下：

人工將產(chǎn)品放置在工裝后，按下夾緊按鈕后，夾緊氣缸動(dòng)作，將產(chǎn)品固定，機(jī)器人在得到產(chǎn)品到位信號(hào)后，開始按設(shè)定的程序進(jìn)行打磨作業(yè)，打磨完成后，機(jī)器人手持工具切換為抓手，將產(chǎn)品搬運(yùn)到指定位置。

打磨工作站有人機(jī)交互界面，使用者可在人機(jī)界面上切換手動(dòng)和自動(dòng)模式，自動(dòng)模式下能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止的控制。手動(dòng)模式能實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸的點(diǎn)動(dòng)控制，手動(dòng)調(diào)用機(jī)器人打磨和搬運(yùn)等程序的功能。

3 打磨工作站控制系統(tǒng)的總體方案

S7-1200 PLC與MCGS TPC7062TX觸摸屏都有一個(gè)網(wǎng)口可進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，可實(shí)現(xiàn)與MCGS TPC7062TX的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)工作人員通過在觸摸屏來控制和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。S7-1200 PLC與機(jī)器人之間不需要進(jìn)行數(shù)值量的傳遞，采用I/O連接來實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的交互。S7-1200 PLC與打磨設(shè)備之間不需要進(jìn)行數(shù)值量的傳遞，采用I/O連接來實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的交互。

整體方案為：PLC作為主站，采用以太網(wǎng)通訊與MCGS觸摸屏實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，采用IO連接與工業(yè)機(jī)器人和打磨設(shè)備實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的交互。

4 打磨工作站的主要控制設(shè)備選型

打磨工作站控制系統(tǒng)采用S7-1200PLC，S7-1200是西門子公司推出的新一代PLC，作為 S7-200的升級(jí)替代產(chǎn)品，其模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展靈活;集成了多種強(qiáng)大的工藝功能，可滿足自動(dòng)化系統(tǒng)中的特殊需求;通訊模塊和集成的PROFINET接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化領(lǐng)域的多種通訊機(jī)制，滿足設(shè)計(jì)要求。

觸摸屏采用TPC7062Ti，是一套以先進(jìn)的Cortex-A8 CPU為核心的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏，四線電阻式觸摸屏。同時(shí)還預(yù)裝了MCGS嵌入式組態(tài)軟件（運(yùn)行版），具備強(qiáng)大的圖像顯示和數(shù)據(jù)處理功能，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 打磨工作站控制系統(tǒng)的通訊連接

5.1 S71200PLC與MCGS的通訊

S7-1200PLC與MCGS采用以太網(wǎng)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。他們通過各自的網(wǎng)口進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。

在各自的配置軟件中使MCGS和PLC雙方IP地址在同一地址段并保持一致，使雙方通訊上。

PLC與機(jī)器人之間的通訊連接。

S7-1200PLC它有22個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)，10個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)。使用的IRB460工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)IO板卡有16路數(shù)字輸出信號(hào)，有16路數(shù)字輸入信號(hào)。它們提供的IO點(diǎn)滿足設(shè)計(jì)需求。PLC和機(jī)器人相關(guān)I/O分配表和IO連接圖見下表1。

外部按鈕及傳感器與PLC通訊。

本設(shè)計(jì)PLC另需要外接一個(gè)按鈕和一個(gè)傳感器。它們的IO分配及接線圖見下表2。

6 PLC程序設(shè)計(jì)

打磨工作站控制程序流程規(guī)劃，見圖3。

程序編寫

（1）主程序設(shè)計(jì)

程序從主程序開始，在程序段1調(diào)用自動(dòng)FC塊，在程序段2調(diào)用手動(dòng)FC塊。

用M0.4來進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)的選擇，并將M0.4與MCGS自動(dòng)手動(dòng)按鈕關(guān)聯(lián)。

（2）手動(dòng)程序設(shè)計(jì)

在手動(dòng)程序里，分別用M0.1調(diào)用機(jī)器人打磨程序，用M0.0調(diào)用機(jī)器人搬運(yùn)程序，用M0.2調(diào)用機(jī)器人取件動(dòng)作，用M0.5來控制夾緊氣缸。

其中M0.0與MCGS里的搬運(yùn)按鈕關(guān)聯(lián)，M0.1與MCGS里的打磨按鈕關(guān)聯(lián)，M0.2與MCGS里的機(jī)器人取件按鈕關(guān)聯(lián)，M0.5與MCGS夾緊氣缸點(diǎn)動(dòng)按鈕關(guān)聯(lián)。

（3）自動(dòng)程序設(shè)計(jì)

（1）在程序段開始設(shè)計(jì)為系統(tǒng)啟動(dòng)和系統(tǒng)停止互鎖。操作人員在自動(dòng)模式下按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，步驟號(hào)值被置為0。

（2）步驟號(hào)為0時(shí)，操作者將打磨工件安裝在打磨工裝上，按下氣缸夾緊按鈕，工件被夾緊，打磨傳感器檢測(cè)到產(chǎn)品，步驟號(hào)自加變?yōu)?。

（3）步驟號(hào)為1時(shí)，PLC發(fā)出機(jī)器人打磨信號(hào)，機(jī)器人打磨完后，步驟號(hào)自加變?yōu)?。

（4）步驟號(hào)為2時(shí)，PLC發(fā)出機(jī)器人取件信號(hào)，機(jī)器人切換抓手工裝將打磨工件進(jìn)行取件動(dòng)作，機(jī)器人取件完成后，步驟號(hào)為4。

（5）步驟號(hào)為4時(shí)，PLC發(fā)出機(jī)器人搬運(yùn)信號(hào)，機(jī)器人搬運(yùn)完后，步驟號(hào)為0，形成步驟循環(huán)，見圖4。

部分程序設(shè)計(jì)圖。

7 結(jié)語

論文簡(jiǎn)要敘述了打磨工作站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，未來還有很多方面可以進(jìn)行優(yōu)化提升，可以從采用更先進(jìn)的視覺傳感器和力覺傳感器，來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜打磨工件的智能化打磨，可以預(yù)見未來的打磨控制系統(tǒng)將有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)將更加智能化。

基金項(xiàng)目：武昌工學(xué)院課程聯(lián)動(dòng)改革項(xiàng)目———機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用課程模塊。

參考文獻(xiàn)：

[1]王寐.拋光打磨機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2017.