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        基于PROFINET的KUKA機器人智能上料系統(tǒng)設(shè)計

        2022-05-24 07:28:00張銘元
        機械工程與自動化 2022年2期
        關(guān)鍵詞:放料觸摸屏分子篩

        張銘元

        (山東能特異能源科技有限公司,山東 淄博 255000)

        0 引言

        3A分子篩作為中空玻璃專用干燥劑,可以深度吸附中空玻璃間隔層中的水和殘留有機物,有效預(yù)防玻璃的結(jié)露結(jié)霜,解決中空玻璃膨脹或收縮而導(dǎo)致的扭曲破碎問題,延長其使用壽命。在3A分子篩生產(chǎn)過程中,有很多需要人工參與的重復(fù)性機械性勞動,隨著工業(yè)機器人的逐漸普及應(yīng)用,機器代替人力工作變得更加容易。本文以分子篩包裝工序中的上料流程為例,闡述機器人智能上料系統(tǒng)的設(shè)計方法[1,2]。

        1 3A分子篩生產(chǎn)流程

        分子篩生產(chǎn)過程中,包裝工序采用全自動包裝機,包含上料和包裝兩個流程,其中上料流程是把生產(chǎn)出的分子篩產(chǎn)品送到料倉里。企業(yè)以前的生產(chǎn)工藝是工人用接料桶將分子篩從成品倉接到桶里,再由人工將桶轉(zhuǎn)移到料倉上料提升機進行上料,完成上料操作至少需要2~3個工人連續(xù)工作。進行自動化改造后上料過程可以完全擺脫人工參與,實現(xiàn)上料系統(tǒng)的無人化自動運行。3A分子篩生產(chǎn)現(xiàn)場布置如圖1所示。

        1-機器人作業(yè)半徑;2-機器人安裝位置;3-板鏈;4-接料桶;5-AGV導(dǎo)航磁條;6-停止位置3;7-停止位置2;8-停止位置1

        生產(chǎn)現(xiàn)場共有6臺自動包裝機,包裝3種不同規(guī)格產(chǎn)品。其中,1#、2#料倉為一種規(guī)格,3#、4#、5#料倉為一種規(guī)格,6#料倉為一種規(guī)格。如圖1所示,機器人安裝在中間位置,接料桶接滿料后通過板鏈3運送到接料桶4的位置,由機器人抓取后根據(jù)觸摸屏選擇的倒料順序進行倒料,倒完料后的空桶由機器人放到AGV智能小車上運回到板鏈。AGV智能小車采用磁條導(dǎo)航,停止位置1為小車進入機器人干涉范圍前等待點,每次行駛到停止位置1后要停止,等待機器人發(fā)送允許信號后再前進;小車通過停止位置1前進后會置位一個干涉信號給機器人,機器人通過該信號的有無判斷小車是否在作業(yè)半徑內(nèi)。停止位置2為等待放桶位置,小車行駛到停止位置2后停止并發(fā)送到位信號給機器人,機器人倒完料后會將空桶放到小車上并發(fā)送完成信號,小車繼續(xù)前進,行駛到停止位置3后小車復(fù)位干涉信號,機器人進行下一次的倒料流程。

        2 硬件設(shè)計

        工業(yè)機器人為本系統(tǒng)的核心關(guān)鍵設(shè)備[3],不僅要連續(xù)向多個料倉進行倒料作業(yè),還要與AGV智能小車、來料運輸系統(tǒng)進行信號交互。接料桶滿桶重量加夾爪重量約300 kg,考慮到載荷余量及后期可能存在產(chǎn)能升級,機器人型號最終選型為KUKA KR500 R2830,品牌為德國庫卡,額定載荷為500 kg,作業(yè)半徑為2 830 mm。為了與機器人信號交互方便,機器人信號控制PLC選用西門子1214C,觸摸屏選用信捷品牌TGA63-ET,帶網(wǎng)口通訊功能。PLC與機器人、觸摸屏采用以太網(wǎng)通訊模式,與來料運輸系統(tǒng)及AGV小車采用IO通訊模式。硬件系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

        圖2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

        3 軟件設(shè)計

        3.1 PLC程序設(shè)計

        西門子PLC編程在博圖V15環(huán)境下完成,觸摸屏界面設(shè)計在TOUCHWIN V2.E版本下完成。觸摸屏可以設(shè)置倒料料倉個數(shù)、倒料順序,可以顯示各料倉的料位情況。當(dāng)需要倒料的下一個料倉料位滿時,機器人會等待一定的設(shè)置時間,等待時間結(jié)束后如果料位還是滿狀態(tài),則自動切換到下一個倒料料倉,整個控制流程如圖3所示。

        圖3 PLC控制流程

        3.2 觸摸屏界面設(shè)計

        觸摸屏設(shè)計主要用于顯示各料倉料位、放料料倉個數(shù)、放料順序、當(dāng)前放料料倉、自動切換料倉時間。生產(chǎn)時需要根據(jù)不同產(chǎn)品選擇放料料倉數(shù)量,放料順序輸入框為條件顯示,即放料料倉數(shù)量輸入為幾,顯示幾個輸入框。在放料順序輸入框輸入相應(yīng)料倉編號后,會按照自上向下的順序進行放料。當(dāng)前放料料倉號為排在第一順位的料倉編號,機器人每次倒完料后會給PLC發(fā)送倒料完成信號,將此數(shù)字加1。“+”按鈕用于人工切換放料料倉,每按一次當(dāng)前放料料倉號加1。觸摸屏設(shè)計如圖4所示。

        圖4 觸摸屏設(shè)計

        3.3 機器人程序設(shè)計

        機器人根據(jù)觸摸屏設(shè)置放料順序進行放料,在程序中定義整數(shù)變量A,1~6六個料倉順序?qū)?yīng)機器人六個IN輸入點,通過IF命令對A進行賦值,主要代碼如下:

        DECL INT A

        IF $IN[1]==TURE THEN A=1

        ENDIF

        ...

        IF $IN[6]==TURE THEN A=6

        ENDIF

        這樣A的賦值就對應(yīng)6個料倉編號,通過SWITCH...CASE命令對倒料料倉進行選擇,主要代碼如下:

        SWITCH A

        CASE 1

        ...

        CASE 6

        ...

        ENDSWITCH

        CASE命令后對應(yīng)相應(yīng)編號的料倉倒料動作,用示教器示教完成,通過A賦值的不同執(zhí)行不同料倉的倒料動作。

        4 系統(tǒng)調(diào)試

        4.1 PLC與機器人通訊

        首先進行PLC與機器人的通訊調(diào)試[4,5],KUKA機器人需要預(yù)裝PROFINET軟件包。在博圖V15中導(dǎo)入KUKA機器人的GSD文件,將機器人作為PLC的分布式IO進行組態(tài),通過PROFINET協(xié)議進行通訊,PLC與機器人的IP地址需要設(shè)置在同一網(wǎng)段下。機器人端還需要進行IO設(shè)置,在WORIVISUAL 6.0環(huán)境下IO MAPPING菜單對PROFINET組件進行地址映射。設(shè)置完成后將配置文件下載到機器人柜進行更新,然后對PLC和機器人進行通訊測試。機器人強制輸出信號在博圖中在線看PLC是否接收到,反過來PLC強制輸出信號看機器人端能否接收到,收發(fā)測試正常說明組態(tài)成功,通訊調(diào)試完成。

        4.2 觸摸屏及IO通訊設(shè)備調(diào)試

        觸摸屏界面設(shè)計好后下載至觸摸屏,將料位計信號及其他設(shè)備IO通訊信號接到PLC進行測試,測試正常后調(diào)試完成。

        4.3 機器人編程

        編輯好程序邏輯框架,再用示教器抓空桶對抓取、等待、倒料等各工位逐一示教,示教完成后用低速抓空桶空跑對自動程序進行驗證,測試各信號是否正常、程序示教點是否合理、整個流程是否流暢,并隨時修改不合適的示教點。反復(fù)測試無誤后帶料測試,各料倉都帶料測試驗證無誤后調(diào)試完成。

        經(jīng)過反復(fù)調(diào)試,系統(tǒng)投入生產(chǎn)使用。在長期使用過程中,系統(tǒng)高速高效實現(xiàn)了無人化自動上料,現(xiàn)場24 h連續(xù)生產(chǎn),運行穩(wěn)定,達到了設(shè)計要求,系統(tǒng)調(diào)試成功。

        5 結(jié)束語

        本文以西門子1214C PLC和KUKA KR500 R2830工業(yè)機器人為控制核心,結(jié)合觸摸屏與傳感器技術(shù),設(shè)計了機器人智能上料系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了連續(xù)無人化自動生產(chǎn),高效穩(wěn)定,節(jié)約了大量的人工成本,滿足了企業(yè)用機器人代替人工的自動化改造要求,具有較高推廣價值。

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