基于PLC和CC-Link總線的自動上下料系統設計

黃東， 蘇磊

（寶雞機床集團有限公司,陜西 寶雞721000）

0 引 言

本文在CC-Link通信總線的基礎上，依托PLC、數控系統、機器人為載體，實現自動上下料生產線的通信控制功能。同時通過HMI顯示屏顯示通信狀態及I/O狀態，便于觀測及查找問題。整條自動線以三菱PLC為主站，數控機床系統和機器人為從站，機床及機器人為從站載體，以專用通信模塊進行信號的發送及接收，實現信號出入的同時進行。以PLC為主控，以其他設備為從站，CC-Link總線協議通信的組合方式是現在比較成熟的自動化控制方式，其使用簡單，節省成本，又能提供高速大容量的數據通信，能夠將其各種IO功能（邏輯控制、運動控制、測量應用和過程控制等）融合在一起，有著廣泛的市場應用前景。

1 硬件配置

1）表1為整條自動線中主要通信相關的電氣控制單元；檢測部分的傳感器及控制部分的電磁閥為I/O信號傳輸，PLC進行信號處理后再通過CC-Link將信號傳輸至機床及機器人等具體設備。

2）圖1為整條自動線中主要設備及其布局，其中機床使用發那科系統，機器人配置外部第七軸，位于平行于機床位置前后移動，機器人本體用伺服電動機控制，上下料道使用單獨PLC進行控制，與總控用I/O信號通信。抽檢臺直接與總控PLC本體輸入接通，可實現運行過程中對任一工序加工產品的抽檢，同時可將抽檢合格的產品放回并進行下一工序的加工。

表1 硬件配置表

圖1 總體布局圖

2 運行流程及主程序

2.1 自動線運行流程

機器人從毛坯料庫抓取1件毛坯放置到待料臺1號位置→一序機床加工完成后機器人取半成品且傾斜工件，清理內孔切削液及鐵屑，然后放入待料臺2號位置→機床關門，清理夾具鐵屑→機器人抓取待料臺1號位置毛坯，給一序機床上料（OP10機床開始加工）→機器人從待料臺2號位置抓取半成品放入二序機床（OP20機床開始加工）→機器人從毛坯料庫抓取1件毛坯放到待料臺1號位置→一序機床加工完成后機器人取半成品且傾斜工件，清理內孔切削液及鐵屑，然后放入待料臺2號位置→機器人從二序機床取成品傾倒鐵屑和切削液，完成后放置到待料臺3號位置→機床關門清理夾具鐵屑→機器人抓取待料臺2號位置半成品放入二序機床（OP20機床開始加工）→機器人從毛坯料庫抓取1件毛坯放置到待料臺1號位置（依次循環）。

2.2 機器人運行主程序

由于所有運行程序較長且多為機器人點位運行程序，所以此處只給出主程序中邏輯判斷部分，不含子程序及其他程序。括號中漢字為程序注釋，不影響程序運行。

LBL[10000];

IF (F[4：首次上料標志位]=ON AND F[5：首次上料完成]=OFF),JMP LBL[1];

IF ((R[8：儲物臺2]=2 AND DI[67：允許抽檢一序一]=ON) OR (DI[71：允許抽檢一序放回] AND ! DI[95：儲物2有料])),JMP LBL[8];

IF ((R[8：儲物臺2]=3 AND DI[68：允許抽檢一序二]=ON) OR (DI[71：允許抽檢一序放回] AND ! DI[95：儲物2有料])),JMP LBL[8];

IF ((R[8：儲物臺2]=4 AND DI[69：允許抽檢一序三]=ON) OR (DI[71：允許抽檢一序放回] AND ! DI[95：儲物2有料])),JMP LBL[8];

IF ((R[9：儲物臺3]=2 AND DI[70：允許抽檢二序]=ON) OR (DI[72：允許抽檢二序放回] AND ! DI[96：儲物3有料])),JMP LBL[9];

IF (((DI[56：二序機床允許下料] AND !DI[96：儲物3有料]) OR (DI[55：二序機床允許上料] AND DI[95：儲物2有料])) AND ! DI[104：二序禁用]),JMP LBL[6];

IF (DI[104：二序禁用] AND DI[95：儲物2有料]),JMP LBL[10];

IF (! DI[94：儲物1有料] AND ! F[3：清空物料標志]),JMP LBL[1];

IF (((DI[94：儲物1有料] AND DI[7：一序一機床允許上料]) OR(DI[8：一序一機床允許下料] AND ! DI[95：儲物2有料])) AND ! DI[101：一序一禁用]),JMP LBL[3];

IF (((DI[94：儲物1有料] AND DI[23：一序二機床允許上料]) OR(DI[24：一序二機床允許下料] AND ! DI[95：儲物2有料])) AND ! DI[102：一序二禁用]),JMP LBL[4];

IF (((DI[94：儲物1有料] AND DI[39：一序三機床允許上料]) OR (DI[40：一序三機床允許下料] AND ! DI [95： 儲物2有料])) AND ! DI[103：一序三禁用]),JMP LBL[5];

IF (DI[96：儲物3有料] AND DI[66：下料庫允許放料]),JMP LBL[7];

JMP LBL[10000]

3 CC-Link 遠程設備功能設置

3.1 機床部分設置

設置步驟如下：1) 按下“SYSTEM”鍵；2) 按右擴展鍵，找到“CCLink/REMOTE”；3) 按下“CCLink/REMOTE”軟 鍵，“SETTING” 或“MONITOR” 出 現；4) 按 下“SETTING”軟鍵，顯示設置畫面；5) 移動光標到需要設置的項目，輸入參數。機床設置畫面如圖2所示。

圖2 機床設置畫面圖

3.2 機器人部分設置

依次按下MENU→6/SETUP→F1/TYPE→CC-Link。

進入界面后將相關數據設置為圖3所示，機器人對應每臺機床按位分配地址，每臺機床分配16入和16出，不占用機器人內部I/O。

4 梯形圖及觸摸屏界面設計

4.1 網絡狀態設計

1)圖4為網絡狀態畫面，該畫面顯示各設備之間CCLink通信狀態，畫面中箭頭所示線為實際CC-Link通信線纜連接路線，當任意設備處于關機或未連接時，畫面顯示通信斷開，該設備紅燈點亮；當設備連接正常時，顯示通信連接，該設備綠燈點亮。任何一臺機床人工禁止后，機器人在上下料時會跳過該設備，不影響整個自動線的運行加工。

2)圖5為CC-Link連接梯形圖，每個站的鏈接狀態最終在界面顯示。

圖3 機器人設置圖

表2 項目描述表

圖4 CC-Link網絡狀態圖

4.2 I/O監控

圖5 CC-Link連接梯形圖

圖6 機床I/O監控圖

1)圖6為機床一序一的I/O監控畫面顯示單體設備具體I/O狀態，I/O有輸入輸出時該信號點亮。也可以在操作界面里點擊查看其它設備的I/O狀態，I/O包含PLC中直接接線部分及CC-Link分配的地址。系統中所有的交互信號都可以在屏幕顯示，直觀可見每個信號的接通及其功能情況，機床的輸入對應機器人的輸出，機床的輸出對應機器人的輸入，本文通過PLC將信號對接，以方便觀測及控制。

2) 圖7為機器人與機床一序一卡盤夾緊檢測的交互梯形圖，其他信號的梯形圖與之類似。

圖7 機器人與機床交互梯形圖

5 結 論

機床自動上下料自動線運行的關鍵是穩定的工件裝夾、穩定的信號檢測與傳輸、穩定的機床加工，任何一個環節有問題都會導致整個自動線的運行故障，需要每個環節精確配合，設計并實施的該自動線完美解決了諸多困難，目前實際使用效果良好，已經批量生產加工產品。