基于PLC的工業機器人藥瓶分揀系統的實現

劉謙波

（廣州交通技師學院，廣東廣州 510540）

基于PLC的工業機器人藥瓶分揀系統的實現

劉謙波

（廣州交通技師學院，廣東廣州 510540）

闡述了基于PLC的工業機器人藥瓶分揀系統的自動化生產系統的實現，分別從系統硬件電路部分與軟件程序編寫部分進行了探討，工業機器人控制系統在工業自動化領域隨處可見，該實現方法具有典型的代表性。

PLC；單軸機器人；分揀系統

0 引言

隨著現代生產技術的發展和工業自動化在各個領域的普及，工業機器人在柔性制造系統、提高產品質量、改善勞動條件等方面的應用也越來越廣泛，工業機械人的研制和開發已成為高科技領域迅速發展起來的一門新興技術。本文探討了雅馬哈T4系列單軸機器人結合PLC系統分揀液體藥瓶這一功能的實現，并從硬件和軟件兩方面進行了分析和研究［1］。該設備用于中、小批生產的柔性自動化生產線上，實現工件在流水線上的分揀。

1 系統概況

圖1 工業機器人工作示意圖

藥瓶分揀系統只是藥品自動化生產線上從轉盤上料單元到藥瓶裝入立體倉庫等眾多流程中的一個子系統，僅流水線分揀搬運機械人是集PLC技術、位置檢測技術和氣動技術于一體的綜合的控制裝置。此系統包括PLC控制部分、機械部分和電氣部分。機械部分包括滾珠絲桿、滑桿、氣缸等；電氣部分包括伺服電機、伺服電機驅動器、液位傳感器、電磁閥等，是過程控制與運動控制的有機結合體；系統工作原理如下：（1）按下啟動按鈕后，傳送帶A運行，傳送帶A上的藥瓶經過B處，檢測傳感器對藥瓶進行液位判斷，確定藥瓶的合格與否，藥瓶到達C限位停止；（2）在C處，機器人分揀藥瓶，合格產品依次放入合格區入箱，不合格產品放入依次不合格區入箱；（3）每區藥箱都只能容納四瓶，到達四瓶，合格藥箱由傳送帶D運走，空箱即可載入，分揀的藥瓶又可重新依次裝箱，如此循環；（4）按停止按鈕，機械人要執行完本輪周期動作后歸原點位置停止。

2 系統硬件設計

2.1 工業機器人及驅動器部分

工業機器人采用雅馬哈單軸T4系列，該機器人的定位精度（任意位置）是±0.02 mm，滾珠螺桿導距12 mm，由高精度的伺服馬達驅動滑臺，可搬運質量2～9 kg，有效行程50～600 mm，點位最多到達1 000點；本系統采用兩個單軸水平放置形成的X軸和Y軸，軸上的滑塊不同的位置可以定位不同的點，根據分揀需要只需定位10點。Y軸滑塊上裝有抓取的升降氣缸與取料吸盤，根據其電磁閥得電與否，和兩軸配合，就可以實現分揀動作。

T4系列機器人采用ERCD控制器，電源部分采用24 V直流電壓，并確保無噪音；與機器人的連接，由ERCD控制器內部程序與PLC提供控制信號給機器人的伺服電機；PLC與ERCD通過專用連接器相連，用于機器人的執行信號與位置信號的反饋，電腦通過專用的軟件編寫機械人的點位信息與移動程序輸入到ERCD的程序存儲器里，程序運行時，機器人執行相應動作。

圖2 控制器的關聯示意圖

2.2 PLC、機器人控制器硬件及信號電路連接及說明

機器人分揀系統所屬大系統采用FX2N-64MT-001型PLC，這里只探討PLC與機器人控制器ERCD的連接。PLC的輸出端Y25～Y37共11個信號端分別與X軸、Y軸控制器的輸入端采用一拖二的方式相連接，圖3只表示了PLC與X軸控制器相接的部分，其中PLC的輸出端Y34～Y37的輸出信號是控制器的通用輸入口DI0～DI3的輸入信號，四個端口信號組合的可以確定16個位置點，本系統只取十個點［2-3］?？刂破鞯玫絇LC輸出的位置信號指令后，驅動X、Y軸的滑塊達到對應的點位時，通過DO0和DO1信號輸出端反饋給PLC的不同的輸入端，PLC確定點位信號后給執行機構發指令去完成相應的動作；另外機器人在工作過程的狀態信號也由控制器的輸出端反聵給PLC，實現PLC與控制器的通信。

圖3 PLC與X軸控制器接線圖

3 系統軟件設計

3.1 控制器驅動工業機器人程序實現

雅馬哈工業機器人對控制器的編程軟件是POPCOM，X、Y軸為兩個單軸組合進行分揀，需要兩個機器人控制器（ERCD），由POPCOM編程軟件分別進行程序的編寫。控制器對機器人的控制有I/O信號通用模式和脈沖鏈輸入模式，本系統采用前者，其程序由三部分組成：①參數數據系統(PRM)，通用模式只對參數0～63中的部分進行設置，確定機器人運行的方式；②點位數據（PNT），即位置點的數據程序；③系統程序數據（PGM），即機器人的動作程序。

圖4 控制器程序流程圖

本系統中，兩軸均采用T4系列機器人，PRM0的值為90，其他參數采用缺省值設置；點位程序（PNT）采用手動教導的方式獲得一個點位的坐標位置后，再采用寸動移動的方法，通過編程軟件或手持編程器控制機械手臂左右的細微移動，使其準確的移動到所需位置，機器人記憶移動后的最終位置，獲得分揀點的位置信息，本系統中需要10個點位信息，即原點點位P0，拾取點為P1，合格區點位P2～P5，不合格區點位P6～P9，獲得10個位置坐標，可以得到X、Y軸的PNT程序，X、Y軸坐標點位置不一樣，即兩控制器的PNT程序不同；PGM程序是采用基于類BASIC語言的機器人編程語言，圖4、5分別是流程圖與部分程序圖，機器人處于某位置，等待位置信號的輸入，有信號到達，機器人動作到達位置點有反饋輸出到PLC，控制器有返原點信號輸入端和自動運行端，根據指令會執行對應的動作，兩軸控制器的PGM程序相同。

圖5 控制器程序圖

3.2 觸摸屏、PLC及機器人整體程序實現方法

實現方法中涉及觸摸屏的部分，用圖像按鈕代替機械式按鈕，圖像顯示代替實物顯示等；軟件編寫時，其與PLC結合，明確工程中的設備采集及輸出通道與軟件中實時數據庫變量的對應關系，分清哪些變量是要求與設備連接的，哪些變量是軟件內部用來傳遞數據及動畫顯示，這些功能容易實現；重點討論自動功能的實現，其流程圖如圖6所示。

圖6 整體程序實現的流程圖

流程圖中機器人運行到信號點位的不合格產品點位子程序P0，若檢測到第一個不合格產品，即C1為1，要放置點位是P6，對應的程序部分如圖7所示。

通過PLC的輸出0111信號，滿足輸入條件7，控制器DI0～DI3接收到信號條件7，機器人就會全速運行到第6點位，然后完成放置動作，根據PLC輸出信號不同，可以完成合格產品、不合格產品的子程序的程序編寫；機器人運動到點位，控制器反饋信號給PLC，作執行到位標記，根據氣缸下降的次數，作放下動作準備標記的程序如圖8所示。

A Novel Medicinal Bottle Sorting System of Industrial Robots Based on PLC

LIU Qian-bo
（Guangzhou Communication Technician Institute，Guangzhou 510540，China）

Medicinal bottle sorting system of industrial robots based on PLC for automated production system is implemented.The hardware circuit and the program of software are discussed.Industrial robots are widely used in the field of industrial automation control system.Method of the realization is typicaly representative.

PLC；single-axis robot；sorting system

TP242.2

A

1009－9492(2014)08－0029－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.009

2014－04－28