魏新宇 李瑋

摘要：根據(jù)碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的工藝和控制要求，設(shè)計了一種以西門子PLC和ABB工業(yè)機(jī)器人為核心的物料碼垛工作站，介紹了碼垛工作站的相應(yīng)控制情況，設(shè)計了滿足控制要求的梯形圖程序和工業(yè)機(jī)器人程序設(shè)計，從而實現(xiàn)該工作站的運(yùn)行，為同類控制的設(shè)計提供了技術(shù)借鑒以及推廣依據(jù)。

Abstract： According to the process and control requirements of the palletizing production line control system， a material palletizing workstation with Siemens PLC and ABB industrial robots as the core is designed， the corresponding control situation of the palletizing workstation is introduced， and the ladder diagram program that meets the control requirements is designed. And industrial robot program design， so as to realize the operation of the workstation， provide technical reference and promotion basis for the design of similar control.

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器;系統(tǒng)運(yùn)行;程序;工業(yè)機(jī)器人

Key words： PLC;system operation;program;industrial robot

中圖分類號：TH-39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0030-02

0? 引言

針對于金屬制造行業(yè)，金屬制品的生產(chǎn)和輸送以及人工碼垛效率低下的問題，而引入 PLC與工業(yè)機(jī)器人到傳統(tǒng)的生產(chǎn)線，實現(xiàn)生產(chǎn)線全自動化的現(xiàn)代化改造，保證高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)，減少人力成本的投入。要較好地實現(xiàn)對生產(chǎn)線的自動控制，則對相應(yīng)的設(shè)備電氣控制就提出了較高的、較新的控制要求。

1? 控制系統(tǒng)方案

本文以方棒碼垛生產(chǎn)線為例，該生產(chǎn)線最主要的是碼垛工作站，完成將輸送輥上的物料送到成品輸送鏈上進(jìn)行碼垛，系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。該工作站是要以ABB工業(yè)機(jī)器人和西門子PLC為核心，其中工業(yè)機(jī)器人選用的是IRB460，實現(xiàn)物料的碼垛。而PLC選用S7-1200系列，主要完成該控制系統(tǒng)的物料傳送和物料對正，以及成品輸出鏈上的碼垛和步進(jìn)傳動，另一方面PLC還要與工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行通訊，通知機(jī)器人完成取料等任務(wù)，再進(jìn)行碼垛。而觸摸屏作為整個系統(tǒng)的人機(jī)界面窗口，時刻監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行當(dāng)前狀態(tài)，還可在組態(tài)界面設(shè)定和修改相應(yīng)碼垛工位的相關(guān)參數(shù)，例如夾取根數(shù)、碼垛層數(shù)等等。

整個系統(tǒng)的控制都圍繞著PLC，通過工業(yè)以太網(wǎng)或Profinet通訊來實現(xiàn)PLC與觸摸屏或其他設(shè)備的信號交互，實現(xiàn)與各遠(yuǎn)程I/O站、機(jī)器人的信號交互以及來實現(xiàn)控制。通過相互建立通信，使得PLC可以接收外部的物料信息，依據(jù)物料信息和傳感器的信號，自動完成相應(yīng)物料的碼垛工作，并實時將碼垛相關(guān)信息反饋給PLC。

2? 系統(tǒng)工作流程

整個系統(tǒng)的運(yùn)行流程可以概括為：當(dāng)工作站的安全門閉合、物料輥的物料根數(shù)大于或等于9根且完成物料的對正、成品輸送鏈上的碼垛盤無物料等前提下，這些信號通過PLC與工業(yè)機(jī)器人的通訊，收到這些信號后，工業(yè)機(jī)器人可以完成首次取料并完成碼垛功能。系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

3? 程序設(shè)計

3.1 PLC程序設(shè)計

在本工作站中，PLC 要控制系統(tǒng)進(jìn)行自動送料和物料的對正。系統(tǒng)啟動后，機(jī)器人回到Home點，當(dāng)?shù)?輸送輥的整列電機(jī)工作、安全門閉合、步進(jìn)鏈電機(jī)工作等條件下，機(jī)器人回到Home點，PLC通過輸送輥傳送的物料根數(shù)，檢測大于或等于設(shè)定根數(shù)，此時，PLC控制氣動回路的電磁換向閥，2個對正氣缸完成物料的對正，根據(jù)機(jī)器人的設(shè)定工作程序，2s后機(jī)械手的夾爪移動到指定物料所在的坐標(biāo)位置，2s后夾緊且到達(dá)后限位，此時機(jī)械臂將物料搬運(yùn)到成品鏈上的堆垛位指定坐標(biāo)，PLC控制氣動回路的電磁換向閥，夾爪放松物料且到達(dá)前限位，就這樣始終循環(huán)程序，完成物料的碼垛且到達(dá)設(shè)定的物料層高，此時控制成品鏈的步進(jìn)電機(jī)向前移動。

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計了控制系統(tǒng)的部分PLC程序，如圖3所示為工業(yè)機(jī)器人堆垛基本條件的PLC程序。

3.2 工業(yè)機(jī)器人的程序設(shè)計

當(dāng)滿足啟動堆垛的基本條件，收到這些信號后，則工業(yè)機(jī)器人開始執(zhí)行設(shè)定的程序，完成碼垛任務(wù)。其中該碼垛的程序主要分為這幾個部分，分別為主程序、初始化函數(shù)、取料函數(shù)、放料函數(shù)等等。由此，設(shè)計了幾個主要部分的工業(yè)機(jī)器人的程序。

①PROC? main（ ）為主程序部分，程序如下：

PROC main（ ）? ?聲明主程序

rInitAII;? ?初始化

WHILE TRUE DO? 循環(huán)結(jié)構(gòu)，重復(fù)執(zhí)行

IF DiBoxInPos = 1 THEN? 判斷工位條件，滿足執(zhí)行

rPick;? ? ?調(diào)用堆垛取料程序

rPlace;? ? 調(diào)用堆垛放置程序

rPosition;? 調(diào)用堆垛層位置程序

ENDIF

ENDWHILE

ENDPROC

②PROC? rInitAII （ ）為初始化程序，主要是讓機(jī)器人復(fù)位以及回原點，程序如下：

PROC? rInitAII （ ）? ? 初始化程序

Reset? DoGrip;? ? ? ?復(fù)位夾爪

MoveJ? phome，v500，z30，Tool0;? ?回預(yù)設(shè)的原點

nCount：=1;? ?初始化物料計數(shù)的值為1

ENDPROC

③PROC? Pick （ ）為取料函數(shù)程序，完成機(jī)器人移動到設(shè)定位置將物料夾取，程序如下：

PROC? Pick （ ）? ?取料函數(shù)

MoveJ? Offs （pPick， 0， 0， 200） ， v500， fine， Tool0; 移動到取料位置上方 200mm 處

MoveL? pPick，v500，fine，Tool0;? ?移動到取料位置

Set? DoGrip;? ? 夾爪夾緊

WaitTime 2.0;? ? 延時2.0s

MoveJ? Offs（pPick， 0， 0， 300）， v500， fine，Tool0;

退出物料夾取的位置

ENDPROC

④PROC? Place （ ）為物料放置函數(shù)程序，機(jī)器人完成將夾取的物料設(shè)定的物料放置位置，程序如下：

PROC? Place （ ）? ?物料放置函數(shù)

MoveJ? Offs （pPlace， 0， 0， 300）， v500， fine，Tool0;? TCP的tool0移動到放置位置上方200mm處

MoveL? pPlace，v500，fine，tool0;? ?移動到設(shè)定的放置位置

Reset? DoGrip;? ?夾爪放松

WaitTime 1.0;? ? 延時1.0s

MoveJ? Offs （pPlace， 0， 0， 300）， v500， fine， Tool0;? ? 退出碼垛位置

nCount? ：= nCount + 1;? ? 物料計數(shù)加1

ENDPROC

4? 結(jié)語

在該方棒碼垛自動化生產(chǎn)線中，以碼垛工作站為核心的控制系統(tǒng)，在目前的方棒鋁合金生產(chǎn)線上已經(jīng)投入使用，整個系統(tǒng)運(yùn)行安全且可靠。由此，非常好的解決了在還未設(shè)計該工作站之前人工搬運(yùn)碼垛的費(fèi)時費(fèi)力的工作情況，極大的改善了金屬制造行業(yè)在生產(chǎn)過程中所面臨的效率低下的問題。通過當(dāng)前大量的投入使用，實踐證明，設(shè)計的碼垛工作站，可以充分滿足當(dāng)前2條生產(chǎn)線同時進(jìn)行碼垛作業(yè)，發(fā)揮出了機(jī)器人碼垛的最大性能，極大的提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)能，而且相比較人工碼垛，更加的可靠且性價比更高。由此，在人工成本更加昂貴的今天，碼垛工作站的使用具有更加廣闊的市場前景。

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