PLC下碼垛生產(chǎn)線控制程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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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(jì)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(jì)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(jì)，從而實(shí)現(xiàn)該工作站的運(yùn)行，為同類控制 的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)借鑒以及推廣依據(jù)。

 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

0 引言

針對(duì)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線全自動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)生 產(chǎn)線的自動(dòng)控制，則對(duì)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(shí)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(duì)正，以及成品輸 出鏈上的碼垛和步進(jìn)傳動(dòng)，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(gè)系統(tǒng)的人機(jī)界面窗口，時(shí)刻監(jiān)控整個(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn) PLC 與觸摸屏或其他設(shè)備的信號(hào)交 互，實(shí)現(xiàn)與各遠(yuǎn)程 I/O 站、機(jī)器人的信號(hào)交互以及來實(shí)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(hào)，自動(dòng)完成相應(yīng)物料 的碼垛工作，并實(shí)時(shí)將碼垛相關(guān)信息反饋給 PLC。

2 系統(tǒng)工作流程

 整個(gè)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(duì) 正、成品輸送鏈上的碼垛盤無物料等前提下，這些信號(hào)通 過 PLC 與工業(yè)機(jī)器人的通訊，收到這些信號(hào)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(jì)

 3.1 PLC 程序設(shè)計(jì)

 在本工作站中，PLC 要控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)送料和物料 的對(duì)正。系統(tǒng)啟動(dòng)后，機(jī)器人回到Home 點(diǎn)，當(dāng)?shù)?2 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(diǎn)，PLC 通過輸送輥傳送的物料根數(shù)， 檢測(cè)大于或等于設(shè)定根數(shù)，此時(shí)，PLC 控制氣動(dòng)回路的電 磁換向閥，2 個(gè)對(duì)正氣缸完成物料的對(duì)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)控 制成品鏈的步進(jìn)電機(jī)向前移動(dòng)。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)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(jì)

當(dāng)滿足啟動(dòng)堆垛的基本條件，收到這些信號(hào)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(gè)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(jì)了幾個(gè)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 r Init AII; 初始化 WHILE TRUE DO 循環(huán)結(jié)構(gòu)，重復(fù)執(zhí)行 IF Di Box In Pos = 1 THEN 判斷工位條件，滿足執(zhí)行 r Pick; 調(diào)用堆垛取料程序 r Place; 調(diào)用堆垛放置程序 r Position; 調(diào)用堆垛層位置程序 ENDIF ENDWHILE ENDPROC ②PROC r Init AII ( )為初始化程序，主要是讓機(jī)器人 復(fù)位以及回原點(diǎn)，程序如下： PROC r Init AII ( ) 初始化程序 Reset Do Grip; 復(fù)位夾爪 Move J phome，v500，z30，Tool0; 回預(yù)設(shè)的原點(diǎn) n Count：=1; 初始化物料計(jì)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(dòng) 到設(shè)定位置將物料夾取，程序如下： PROC Pick ( ) 取料函數(shù) Move J Offs (p Pick, 0, 0, 200) , v500, fine, Tool0; 移動(dòng) 到取料位置上方 200mm 處 Move L p Pick，v500，fine，Tool0; 移動(dòng)到取料位置 Set Do Grip; 夾爪夾緊 Wait Time 2.0; 延時(shí) 2.0s Move J Offs（p Pick, 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) Move J Offs (p Place, 0, 0, 300), v500, fine,Tool0; TCP 的 tool0 移動(dòng)到放置位置上方 200mm 處 Move L p Place，v500，fine，tool0; 移動(dòng)到設(shè)定的放置 位置 Reset Do Grip; 夾爪放松 Wait Time 1.0; 延時(shí) 1.0s Move J Offs (p Place, 0, 0, 300), v500, fine, Tool0; 退 出碼垛位置 n Count := n Count + 1; 物料計(jì)數(shù)加 1 ENDPROC

4 結(jié)語

 在該方棒碼垛自動(dòng)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(gè)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(jì)該工作站之前人工搬運(yùn)碼垛的費(fèi)時(shí)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(shí)踐證明，設(shè)計(jì) 的碼垛工作站，可以充分滿足當(dāng)前 2 條生產(chǎn)線同時(shí)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(jià)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(chǎng)前景。

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 作者:魏新宇 李瑋 單位:西南林業(yè)大學(xué)