基于PLC 的工業機器人系統集成編程方法

李洪聲 郭銅民 熊 彥

（陜西工商職業學院，陜西 西安 710119）

1 亞龍YL-1629A 型工業機器人產品分揀系統機構主要組成

1.1 供料機構單元

供料單元的基本功能：在整個系統中，起著向系統中的其它單元提供原料的作用。具體的功能是：設備啟動后，落料檢測傳感器檢測到有料時。頂料氣缸伸出，推料氣缸自動地把物料推出到輸送帶上，以便輸送單元進行下一步動作。如圖1 所示。

圖1

1.2 直線輸送帶單元

直線輸送單元的基本功能：在供料單元推料到輸送帶上后，電機啟動且編碼器開始計數。在經過輸送帶上的傳感器時對物料的類別進行識別區分為下一步動作做準備，到達輸送帶末端時電機停止等待下一步動作。直線輸送單元如圖2 所示。

圖2

1.3 氣源氣路部分

氣源部分主要由一個油水分離器、四個電磁閥、兩個氣缸及機器人手抓、吸盤組成。通過油水分離器給整個氣路部分的氣壓進行調節和供氣，同時過濾空氣中的水分使供氣干燥避免損壞氣動元件。通過若干氣管對氣路導通，連接到電磁閥的匯流板。再通過電磁閥，分別控制氣動執行元件動作（頂料氣缸及推料氣缸以及機器人手抓、吸盤）。

2 亞龍YL-1629A 型工業機器人產品分揀系統工藝過程

當按下觸屏電機上電及運行按鈕（圖3）后，傳感器（表1：X6）進行落料檢測，如果檢測到有料，PLC 控制頂料氣缸伸出頂料（Y1），頂料到位后（X3），推料氣缸開始推料（Y0），推料到位后(X5),輸送皮帶電機開始轉動（Y2），皮帶輸送機運送物料，當傳送到終點（X7）機器人夾料位置時，皮帶輸送機停止，PLC 終點檢測X7 信號觸發機器人運動程序使機械手運行到夾料位置夾料，機器人程序依據安裝在輸送皮帶上方金屬與非金屬傳感器（X10、X22）檢測結果，進行物料分揀。當皮帶終點物料被取走后循環自動進行皮帶輸送供料機器人夾料。

3 主單元三菱PLC-FX3U、觸摸屏、機器人主機信號信息傳遞關系

3.1 本設備配備觸摸屏為MCGSTPC7062Ti，通過RS232 串口數據線和PLC 通訊。實現人機界面的數據交換，該觸摸屏軟件采用昆侖通態對其組態。三菱PLC 部分輸入輸出端口地址見表1。

表1 三菱PLC-FX3U 部分輸入輸出地址

3.2 觸屏界面圖元與PLC 輔助中間軟繼電器M 關聯

使用MCGSE 組態軟件設計觸屏界面如圖3 所示，電機上電與電機下電按鈕均控制機器人各軸電機上電與下電，運行按鈕同時啟動上料輸送機及機器人運行；停止按鈕同時停止上料輸送機及機器人運行。在組態軟件中電機上電按鈕與PLC 軟繼電器M7 關聯，見圖4。

圖3 觸摸屏

圖4 上電圖元與M7 關聯

同理，電機下電、運行及停止圖元按鈕均與PLC 軟繼電器M 關聯，見表2。

表2 按鈕圖元與PLC 軟繼電器M 關聯對應關系

3.3 工業機器人的I/O 通信接口可以實現與周邊設備(PLC)進行通信。通過定義機器人的I/O 板，定義機器人數字I/O 信號，將數字輸入信號DI 與系統的控制信號關聯起來，并通過編制與DI 連接的Y 輸出PLC 程序就可以對系統信號進行控制，如：電機上電、電機下電、程序運行等；同時DI 信號也可以作為機器人程序觸發條件，觸發執行相應子程序或作為程序判別跳轉條件。如表3 中、當DI3 為1 啟動機器人抓料子程序；當DI2、DI8為1 時，作為調用金屬與非金屬分揀子程序的條件。本設備使用部分PLC 輸出Y 端子與機器人DSQC651 標準I/O 板輸入數字端子DI 連接及進行數字輸入信號DI 與系統的控制信號關聯，同時DI 可作為機器人程序觸發條件見表3。

表3 PLC 輸出Y 與機器人輸入DI 對應連接及DI 與機器人系統控制信號對應關聯關系

4 編制觸摸屏按鍵及分揀控制PLC 程序

本文采用SFC 順序功能圖編制PLC 控制程序。根據表1、表2、表3 觸摸屏按鈕，PLC 輔助繼電器M、輸入輸出地址與機器人數字輸入量DI 之間的關聯對應關系及上料工藝過程編制PLC 控制程序。

摸屏按鍵及電氣面板PLC 程序。如圖5。

4.1 觸屏運行（M50）、停止（M51）按鍵，電氣面板運行（X11）、停止（X1）按鍵PLC 控制部分梯形圖程序見圖5（梯形圖塊）、圖6（自動上料SFC 塊）。

圖5 梯形圖塊

圖6 自動上料SFC 塊

當按下觸屏運行按鈕時M50 閉合，軟繼電器線圈M1 置位，SFC 塊中常開M1 閉合，當落料檢測有料時，常開X6 閉合，順序啟動頂料、推料，皮帶輸送供料。由于M50 閉合時，Y15 置1，與Y15 連接的數字輸入信號DI5 置1，啟動機器人運行Start（表3）。同理，當按下電氣面板啟動按鍵（X11）時，落料檢測有料時，常開X6 閉合，順序啟動頂料、推料，皮帶輸送供料，同時啟動機器人系統運行控制信號Start。觸屏與電氣面板停止功能亦然。本編程方法自動供料及機器人運行停止均可通過觸屏按鈕及面板開關控制，使用靈活方便。

4.2 觸屏電機上電、電機下電按鍵PLC 梯形圖7。

圖7 電機上下電控制

機器人運行前必須進行上電、下電時停止運行。

觸屏中按下電機上電按鈕（M7），常開M7 閉合，Y16 置位，與Y16 連接的機器人數字輸入信號DI6 置1，與DI6 關聯的系統控制上電信號Motors On 執行(表3）電機上電；同理電機下電亦然。

4.3 金屬與非金屬分揀PLC 程序

本課題在SFC 塊中編制分揀金屬與非金屬PLC 程序。傳感器X10、X22 分別檢測金屬與非金屬，Y12 與DI2 連接、DI2 作為判別金屬啟動機器人分揀金屬子程序條件；Y21 與DI8 連接、DI8 作為判別非金屬啟動機器人分揀非金屬子程序條件。圖8為部分金屬與非金屬分揀PLC 程序。

圖8 金屬與非金屬分揀PLC 程序

分揀判別過程：自動上料運行后，皮帶機運輸物料，當輸送的是金屬材質時，傳感器X10 閉合，選擇分支程序運行塊12 程序，Y12 置1、則數字輸入信號DI2 置1，作為啟動機器人抓取金屬子程序條件；同理、當輸送的是非金屬材質時DI8 置1，作為啟動機器人抓取非金屬子程序條件。

4.4 機器人分揀判別語句

機器人主程序Main 中根據數字輸入信號DI2（金屬）DI8（非金屬）的值調用相應的子程序。

調用金屬分揀子程序語句為：IF DI2=1 Then jinshu(分揀金屬子程序名)。

調用非金屬分揀子程序語句為：IF DI8=1 Then feijinshu（分揀非金屬子程序名)。

5 結論

本文針對亞龍YL-1629A 型工業機器人產品分揀系統要求，設計觸摸屏界面、關聯觸摸屏、PLC、機器人信息傳遞相關量，采用SFC 順序功能圖編制PLC 分揀控制程序，編程方法可靠便捷，經上機運行滿足分揀要求。