口紅生產(chǎn)線改造項目中ABB機器人與西門子PLC之間的通信系統(tǒng)設(shè)計

陳星達 薛蓉蓉 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

智能制造是信息化與工業(yè)化深度融合的表現(xiàn)，他是全球制造業(yè)變革的重要方向。目前各個國家都發(fā)布了相關(guān)的支持政策。例如，美國的“再工業(yè)化”計劃、德國的“工業(yè)4.0”計劃、日本的“新機器人戰(zhàn)略”計劃等。

在國家政策推動，制造業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級等背景下，中國智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已逐漸成為制造業(yè)的主要驅(qū)動力之一。江蘇省為了加快推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟的深度融合，推進工業(yè)經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。目標到2020 年，全省建成1000 家智能車間，創(chuàng)建50 家左右省級智能制造示范工廠，試點創(chuàng)建10 家左右省級智能制造示范區(qū)。

本次項目針對廠方口紅生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度過慢、口紅質(zhì)量較低等問題進行了改造?？诩t生產(chǎn)由七大重要工序組成：按單領(lǐng)料、加熱灌裝、模具冷卻、鏟模開模、拔模入庫、擦模盒蓋、退料作業(yè)。原始生產(chǎn)線中每道工序都需要人工參與，這種缺乏現(xiàn)代科技智能的生產(chǎn)線擁有很多弊端：耗時長、花費大等，其中急需改進的問題是無法實現(xiàn)無菌生產(chǎn)。

從發(fā)展角度看，把鏟模開模、拔模入庫、擦模盒蓋三道工序整合為一道口紅包裝生產(chǎn)線。改造過程中，這一道生產(chǎn)線是依靠ABB 機器人和西門子PLC 之間相互合作來完成的，這意味著兩套設(shè)備之間的信號溝通必須及時可靠。本次設(shè)計便是對機器人與PLC 之間的通信系統(tǒng)進行設(shè)計改良，使兩者能夠更好的進行數(shù)據(jù)傳輸，同時實現(xiàn)PC 對機器人和PLC的遠程監(jiān)控，最終達到安全生產(chǎn)的目的。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在本次口紅包裝生產(chǎn)線改造中，生產(chǎn)線的硬件主要由計算機、西門子PLC-1200、ABB 機器人IRB-120、各類傳感器、其他執(zhí)行器等組成。

PLC 模塊和ABB 機器人是整個包裝生產(chǎn)線的核心，他們往往是獨立且共存的，兩者采用不同的管理系統(tǒng)，但都配有可實現(xiàn)信號傳輸?shù)耐ㄐ拍K來實現(xiàn)相互交流。當傳感器檢測物件的位置等信息后，傳送給PLC，機器人內(nèi)在通信模塊和PLC 通信模塊通過信號線短接進行同步通信。在實際工作中，PLC 將得到的信號后發(fā)送給機器人，機器人根據(jù)給定邏輯，向PLC 發(fā)送指令，實現(xiàn)PLC 程序的啟停等操作，最終實現(xiàn)ABB 機器人IRB-120 和西門子PLC-1200 信號傳輸，從而完成口紅無菌包裝生產(chǎn)線的改造。

口紅包裝系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 口紅包裝系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

本次改造對生產(chǎn)線中PLC 對8 個數(shù)字輸入點和5 個數(shù)字輸出點進行了監(jiān)管和控制，從而了解生產(chǎn)線中各物件和各執(zhí)行器的到位情況，并命令執(zhí)行器動作。8 個輸入分別為：放料位檢知、取料位檢知、翻轉(zhuǎn)工裝原點檢知、翻轉(zhuǎn)工裝動點檢知、翻轉(zhuǎn)夾爪原點檢知、翻轉(zhuǎn)夾爪動點檢知、翻轉(zhuǎn)工裝上位檢知、翻轉(zhuǎn)工裝下位檢知；5 個數(shù)字輸出分別為：翻轉(zhuǎn)工裝左翻動作、翻轉(zhuǎn)工裝右翻動作、翻轉(zhuǎn)夾爪動作、翻轉(zhuǎn)工裝上位動作、翻轉(zhuǎn)工裝下位動作。之后，再在PLC 中添加一個映射FC 模塊將監(jiān)控信號傳遞給機器人進行條件判斷。

機器人將遠程I/O 模塊FR8030 板卡內(nèi)FR1108-1 中的8 個輸出信號整編成為一個組信號來進行與PLC 的通信。

生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 機器人模塊硬件設(shè)計

大型工業(yè)機器人不適合應(yīng)用于精細的口紅包裝生產(chǎn)線，所以改造過程中采用了ABB 機器人中最小且速度最快的六軸機器人IRB-120，IRB-120 可以很好的節(jié)約空間，且可以在合適空間以任何角度安裝在工作站內(nèi)部。IRB-120 采用IRC5 控制器有先進的QuickMove 和TrueMove 運動控制軟件，給予IRB120 機器人一流的控制性能，有利于進一步提高生產(chǎn)效率，更加符合生產(chǎn)需求。

2.2 PLC 模塊硬件設(shè)計

口紅包裝生產(chǎn)線需要PLC 可以簡單、精確的實現(xiàn)自動化任務(wù)，通過研究不同品牌、不同型號的PLC，最終采用西門子SIMATIC 系列S7-1200PLC。SIMATIC S7-1200PLC 控制器能夠精確的監(jiān)控生產(chǎn)單元各傳感器的實時狀態(tài)，且能與ABB 機器人實現(xiàn)良好的通訊。S7-1200PLC 的通信模塊RS485 和RS232 為點到點的串行通訊提供硬件連接，能可靠有效的滿足機器人與PLC 的通信需求，并實行監(jiān)控。

3 生產(chǎn)線控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)計的完整要求，按照功能對控制系統(tǒng)進行分組，劃分成不同的模塊。傳感器信號監(jiān)控、ABB 機器人狀態(tài)監(jiān)測及PLC 與機器人之間的通信檢測是口紅包裝生產(chǎn)線的3 個重要的信息獲取途徑。傳感器信號監(jiān)控主要是采集翻轉(zhuǎn)工裝、放料位等狀態(tài)信號；ABB 機器人狀態(tài)監(jiān)測主要是PLC 對機器人傳遞的信號進行狀態(tài)判斷，從而向工作單元發(fā)送動作執(zhí)行指令；PLC 與機器人之間的通信檢測主要是把PLC 監(jiān)測到的信號傳送給機器人，從而機器人可以判斷是否該進行拾取或放下物件等動作。

軟件總體結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 生產(chǎn)線控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

4 總結(jié)

本文根據(jù)口紅包裝生產(chǎn)線的實際情況，將PLC 技術(shù)、ABB 機器人技術(shù)、計算機技術(shù)等有效的融合起來，對生產(chǎn)線所需要的各個信號進行獲取、傳遞、分析、判斷等工作，以達到自動化生產(chǎn)的目的。PLC 獲取傳感器信號、并將信號與機器人互傳，機器人對信號進行判斷分析后將新的信號傳回PLC，兩者共同控制工作單元各部件的啟停，從而較好的實現(xiàn)口紅包裝生產(chǎn)線的無菌化改造。（指導(dǎo)教師：高楊）