基于PLC的新型工業碼垛機器人控制系統設計

孫梅

摘要碼垛技術作為現代物流自動化領域中的一門新技術，其隨著我國科學技術的高速發展，也實現了技術的更新與升級。碼垛機器人的運用為企業節約了大量的人力，降低了企業運營成本，提高了企業服務的效率，具有十分重要的社會意義。本文就主要分析了基于PLC的新型工業碼垛機器人控制系統的設計，根據碼垛機器人的工作流程和企業的實際需求，設計出人機交互的操作界面，以提高碼垛機器人控制系統的穩定性和可靠性，更好的滿足企業生產實際的需求。

關鍵詞碼垛機器人PLC控制系統設計

0引言

碼垛機器人屬于新興的科技產品，可以有效的降低企業運營成本、提高生產效率、提高產品質量、提高服務質量、優化勞動力等，其在企業生產中的廣泛應用，為企業的可持續發展提供了堅實的基礎。工業碼垛機器人的廣泛運用標志著企業的自動化水平已經十分先進，是企業的重要競爭力體現。而控制系統作為碼垛機器人的核心，是實現碼垛機器人功能以及工作各項性能的前提和保障，并且在很大程度上決定著碼垛機器人的工作效率以及工作精度，因為控制系統對碼垛機器人來說相當于它的大腦，支配著碼垛機器人的各項功能和性能。本文主要對碼垛機器人的控制系統設計進行了分析，以為相關人士提供借鑒。

1碼垛機器人簡述

在以往對碼垛機器人的研究和經驗分析的基礎上，本文認為一款優秀的碼垛機器人應具有性能穩定、功能齊全、結構簡單、操作簡單、成本低廉、靈活等特點，所以碼垛機器人的具體設計指標有以下幾個方面：

1.1性能參數

碼垛機器人的本身重量為1000 kg，最大抓取物的重量為60 kg，搬運速度為30 m/min，碼垛的速度為20 次/min。

1.2工作范圍

碼垛機器人的垂直作業高度2.5 m，作業半徑2.6 m。

1.3誤差要求

連續作業的時間不低于24 h，連續作業的時間超過8 h的誤差范圍不得大于5 mm。

2碼垛機器人控制系統硬件設計

根據碼垛機器人的工作要求和整體設計指標，碼垛機器人的控制系統應該滿足以下幾個要求：一是四軸能夠自由的進行協調和控制，能夠實現穩定、高效作業；二是對控制參數以示數的方式表現出來，以實現路徑控制；三是具有良好的動態響應力和實時能力；四是穩定性、可靠性、安全性高；五是人機界面設計良好，方便各項操作；六是硬件系統結構具有緊湊性和可擴展性＼[1＼]。

本文研究的碼垛機器人以橫河FA-M3 PLC作為其控制系統核心。橫河FA-M3 PLC具有性能好、擴展能力強、功能全面、處理效率高等特點，其能夠實現示教、外圍I/O量處理、伺服電機驅動等功能。碼垛機器人的控制系統采用模塊化設計，根據作業需求不同采用不同的功能模塊，其主要模塊有電源模塊、通信模塊、CPU控制模塊、數字化模塊、位置定義模塊等＼[2＼]。碼垛機器人的模塊與模塊之間有著緊密的聯系，如位置定義模塊主要是根據CPU模塊發出的信號脈沖來定義并生成位置和碼垛機器人的運動軌跡，根據脈沖串的數量來確定電機旋轉的角度和旋轉的速度。

值得一提的是碼垛機器人的位置是整個作業中的重點，一旦位置定義有誤差，則無法保證碼垛機器人的工作效率和工作質量。本文研究的碼垛機器人位置定義模塊中具有32點位固定輸入以及輸出繼電器，將常用的位置控制參數固定在繼電器中，方便人員對其進行相關操作和位置的確定。位置定義模塊有以下幾個特點：一是高精度和高速的定位控制；二是位置功能豐富；三是具有脈沖計數器；四是可以通過位置模塊的參數設定實現動作的測試和監測＼[3＼]。

3碼垛機器人軟件系統設計

碼垛機器人軟件系統的設計是尤為關鍵的一環，軟件系統和硬件系統相互配合才能實現碼垛機器人的各項功能，而軟件系統又是實現硬件系統功能的前提和基礎，所以軟件系統對碼垛機器人的功能實現、功能擴展、作業效果等都有重要的作用。根據碼垛機器人的作業特點，分析出碼垛機器人的軟件控制系統的架構。

在碼垛機器人的軟件結構中，人機交互界面的設計和代碼編寫可采用觸摸屏自帶編寫軟件，該軟件的設計特點是簡單易懂、操作簡便，適合于工業環境的碼垛機器人設計，設計成本低，性能穩定可靠。設計的主要模塊有初始化模塊、監控模塊、示教模塊、文件處理模塊、參數設置模塊、位置控制模塊、軌跡規劃模塊、速度控制模塊、手動控制模塊、原點搜索模塊等＼[4＼]。

初始化模塊的功能是負責碼垛機器人整個控制系統的啟動，將所有程序初始化，并檢測各個模塊是否正常，是否能夠進行正常的作業，如果有的模塊無法正常工作，會給予相應的警示并對問題故障模塊進行顯示＼[5＼]。

監控模塊的功能是監測碼垛機器人的工作情況，并顯示出當前碼垛機器人的工作狀態。

示教模塊的功能是生成碼垛機器人位置參數，形成指示的文件以供操作人員參考。

文件處理模塊的功能是管理關于碼垛機器人的所有文件，如文件的查看、調用、修改、增加、刪除等。

參數設置模塊的功能是人員通過該模塊實現碼垛機器人的參數控制，人員還可以通過該模塊實現可調參數的設置和I/O系統的管理與設置。

（1）位置控制模塊的主要功能是幫助碼垛機器人準確的定位；

（2）軌跡規劃模塊的功能是完成機器人的各種軌跡規劃；

（3）速度控制模塊的功能是對機器人的作業速度進行控制。

4結束語

隨著科學技術的進步，碼垛機器人的應用也越來越廣泛，將為企業帶來巨大的經濟效益。本文主要分析碼垛機器人的控制系統設計，研究了碼垛機器人的軟件和硬件系統的設計，以期在未來能夠設計出性能更高、安全性與穩定性更好的碼垛機器人。

參考文獻：

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