基于PLC的機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張景生

摘 要：隨著科學(xué)信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用已越來越廣泛。主要對(duì)基于PLC的機(jī)器人控制系統(tǒng)展開了設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的組成作了詳細(xì)的闡述，并對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作了深入的分析，以期能為有關(guān)方面提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)器人；控制系統(tǒng)；觸摸屏畫面

中圖分類號(hào)：TP424.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.096

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景之下，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所涉及到的重體力勞動(dòng)量不斷增加。當(dāng)中，部分勞動(dòng)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)單單依靠人力是很難實(shí)現(xiàn)的。而為了更好地完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，就需要通過研究與應(yīng)用機(jī)器人系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)?；诖?，本文就基于PLC的機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行探討，相信對(duì)有關(guān)方面能有一定的幫助。

1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)是專為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人四焊位（正反面各2個(gè)焊位）工作站自動(dòng)翻轉(zhuǎn)焊接而開發(fā)設(shè)計(jì)的，由1臺(tái)匯川H2U-2416MT可編程控制器、1臺(tái)普洛菲斯ST系列5.7″觸摸屏、2套伊萊斯ESDB交流伺服電機(jī)組成。其中，H2U-2416MT可編程控制器是1臺(tái)24點(diǎn)輸入、16點(diǎn)晶體管輸出的PLC，支持2路100K高速脈沖輸出，可同時(shí)控制2套四焊位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)伺服動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)1臺(tái)機(jī)器人與2套翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)配合的主副焊接工作站自動(dòng)生產(chǎn)。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 觸摸屏畫面

觸摸屏主要畫面設(shè)計(jì)有示教畫面、監(jiān)控畫面、異常報(bào)警畫面等。示教畫面用來對(duì)主副焊接工作站翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行初始調(diào)試，通過操作觸摸屏上的“+”“-”等按鍵，手動(dòng)示教確定自動(dòng)時(shí)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)各焊位和安裝工件所需位置；監(jiān)控畫面用來操作驗(yàn)證示教調(diào)試后的各焊位定位和動(dòng)作情況，在聯(lián)機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，可監(jiān)視機(jī)器人原點(diǎn)和顯示翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作狀態(tài)，監(jiān)視機(jī)器人自動(dòng)焊接時(shí)所在的焊位等，其中包括觸摸屏的主站監(jiān)控。

2.2 PLC程序與說明

為保證機(jī)器人和四焊位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作中不會(huì)發(fā)生碰撞，在機(jī)器人與四焊位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的PLC控制程序中設(shè)計(jì)了互鎖。無論是示教調(diào)試，還是自動(dòng)焊接生產(chǎn)，機(jī)器人必須在原點(diǎn)位置且輸出原點(diǎn)信號(hào)給PLC后，PLC才可以控制四焊位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。如果機(jī)器人不在原點(diǎn)，那么翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)無法進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)翻轉(zhuǎn)控制。同時(shí)，每套翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)除了設(shè)計(jì)分配必要的焊位外，還需在控制系統(tǒng)中定義分配1個(gè)安裝位，以便于操作工人安裝和拆卸工件。

在自動(dòng)生產(chǎn)前，需在手動(dòng)模式下示教操作，以確定各焊位的位置數(shù)據(jù)。為了消除機(jī)械誤差對(duì)示教操作定位的影響，在示教確定焊位位置數(shù)據(jù)前，要先執(zhí)行1次對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回原點(diǎn)清零處理，隨后再根據(jù)焊接模架時(shí)所需的工位數(shù)量和要求示教，以確定對(duì)應(yīng)的焊位位置數(shù)據(jù)。主站示教操作確定焊位的控制程序如圖1所示，M101～M104為對(duì)應(yīng)主站焊位1～4位置數(shù)據(jù)的觸摸屏示教確定按鈕，M100為工件安裝位位置數(shù)據(jù)的觸摸屏示教確定按鈕。

以下用主站兩焊位（焊位1、焊位2）的PLC程序介紹控制設(shè)計(jì)原理。主站示教操作時(shí)，在將X1選擇開關(guān)打至“OFF”狀態(tài)，以及主站翻轉(zhuǎn)定位氣缸后磁感X4和機(jī)器人原點(diǎn)X11信號(hào)均為“ON”的前提下，先操作執(zhí)行對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回原點(diǎn)清零處理，然后按下觸摸屏上的“+”（M17）或“-”（M18）點(diǎn)動(dòng)按鈕使翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，在到達(dá)所需的位置后松開按鈕，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)停止動(dòng)作。此時(shí)，按下觸摸屏上的“M101”按鈕，將Y0輸出脈沖的累積值傳送到D1102作為焊位1的位置數(shù)據(jù)，同時(shí)依照此方法確定焊位2的位置數(shù)據(jù)（D1104）；所需的兩焊位數(shù)據(jù)確定后，最后按此方法操作M100進(jìn)行工件安裝位D1100的位置數(shù)據(jù)確定。

示教確定主站翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)焊位1和焊位2以及工件安裝位的位置數(shù)據(jù)后，在安裝位將工件裝到翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定，操作翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分別轉(zhuǎn)到原先已示教確定好的焊位1和焊位2，使焊接機(jī)器人在相應(yīng)的焊位1和焊位2上進(jìn)行焊接軌跡的示教數(shù)據(jù)確定；完成焊接軌跡示教數(shù)據(jù)的確認(rèn)后，再使翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)自動(dòng)回到工件安裝位。此時(shí)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制位置和機(jī)器人自動(dòng)焊接軌跡匹配完畢，可進(jìn)行此工藝要求的鋁合金模架連續(xù)大批量生產(chǎn)。

自動(dòng)翻轉(zhuǎn)焊接控制功能的實(shí)現(xiàn)：將選擇開關(guān)打至自動(dòng)模式，使X1為“ON”狀態(tài)，在主站翻轉(zhuǎn)定位氣缸后磁感X4和機(jī)器人原點(diǎn)X11信號(hào)為“ON”的條件下，按下焊接機(jī)器人的主站運(yùn)行按鈕，焊接機(jī)器人向PLC的輸入點(diǎn)X14發(fā)出焊位1指令；PLC驅(qū)動(dòng)主站伺服電機(jī)使翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)從安裝位向焊位1目標(biāo)翻轉(zhuǎn)。在這個(gè)過程中，為避免安裝工件時(shí)使翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相對(duì)位置誤差而影響焊接質(zhì)量，在PLC控制程序中設(shè)計(jì)了從安裝位開始進(jìn)行自動(dòng)翻轉(zhuǎn)焊接時(shí)，對(duì)Y0的輸出累積脈沖進(jìn)行清零回原點(diǎn)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在原點(diǎn)停留2 s后M151置位，再執(zhí)行D1102焊位1的目標(biāo)位置；到達(dá)焊位11.5 s后，M181置位使氣缸伸出定位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，氣缸前磁感X5檢測(cè)到氣缸伸出定位后由PLC的Y10動(dòng)作發(fā)出焊位1完成信號(hào)給機(jī)器人。此時(shí)，焊接機(jī)器人從原點(diǎn)前往焊位1的位置焊接作業(yè)；焊接完成，機(jī)器人返回原點(diǎn)后，向PLC輸入點(diǎn)X15發(fā)出焊位2的目標(biāo)指令，M181復(fù)位，定位氣缸退回，氣缸后磁感X4檢測(cè)到氣缸退回完畢后，再執(zhí)行D1104焊位2的目標(biāo)位置；到達(dá)焊位21.5 s后，M182置位使氣缸伸出定位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，氣缸前磁感X5檢測(cè)到氣缸伸出定位后使Y10復(fù)位，PLC的輸出點(diǎn)Y11動(dòng)作發(fā)出焊位2完成信號(hào)給機(jī)器人。此時(shí)，機(jī)器人再由機(jī)器人原點(diǎn)轉(zhuǎn)往焊位2的位置進(jìn)行焊接作業(yè)，焊接完畢后返回原點(diǎn)，M182復(fù)位，使定位氣缸退回，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)到安裝位停止，焊接機(jī)器人的主站運(yùn)行自動(dòng)復(fù)位停止，操作工人在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝位對(duì)焊接好的鋁合金模架進(jìn)行拆除。在主站翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝新的工件后，按下焊接機(jī)器人的主站運(yùn)行按鈕即可實(shí)現(xiàn)鋁合金模架的連續(xù)焊接生產(chǎn)。同理，對(duì)于其它復(fù)雜工件的焊接，只需根據(jù)工藝要求在四個(gè)焊位范圍內(nèi)選擇不同的組合，即可完成翻轉(zhuǎn)焊接生產(chǎn)。