PLC下碼垛生產線控制程序設計與應用
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摘要：根據碼垛生產線控制系統的工藝和控制要求，設計了一種以西門子 plc 和 ABB 工業機器人為核心的物料碼垛工作站，介 紹了碼垛工作站的相應控制情況，設計了滿足控制要求的梯形圖程序和工業機器人程序設計，從而實現該工作站的運行，為同類控制 的設計提供了技術借鑒以及推廣依據。
關鍵詞：可編程邏輯控制器；系統運行；程序；工業機器人
0 引言
針對于金屬制造行業，金屬制品的生產和輸送以及人 工碼垛效率低下的問題，而引入 PLC 與工業機器人到傳 統的生產線，實現生產線全自動化的現代化改造，保證高 效、穩定的生產，減少人力成本的投入。要較好地實現對生 產線的自動控制，則對相應的設備電氣控制就提出了較高 的、較新的控制要求。
1 控制系統方案
本文以方棒碼垛生產線為例，該生產線最主要的是碼 垛工作站，完成將輸送輥上的物料送到成品輸送鏈上進行 碼垛，系統硬件組成如圖 1 所示。該工作站是要以 ABB 工 業機器人和西門子 PLC 為核心，其中工業機器人選用的 是 IRB460，實現物料的碼垛。而 PLC 選用 S7-1200 系列， 主要完成該控制系統的物料傳送和物料對正，以及成品輸 出鏈上的碼垛和步進傳動，另一方面 PLC 還要與工業機 器人進行通訊，通知機器人完成取料等任務，再進行碼垛。 而觸摸屏作為整個系統的人機界面窗口，時刻監控整個系 統的運行當前狀態，還可在組態界面設定和修改相應碼垛 工位的相關參數，例如夾取根數、碼垛層數等等。 整個系統的控制都圍繞著 PLC，通過工業以太網或 Profinet 通訊來實現 PLC 與觸摸屏或其他設備的信號交 互，實現與各遠程 I/O 站、機器人的信號交互以及來實現 控制。通過相互建立通信，使得 PLC 可以接收外部的物料 信息，依據物料信息和傳感器的信號，自動完成相應物料 的碼垛工作，并實時將碼垛相關信息反饋給 PLC。
2 系統工作流程
整個系統的運行流程可以概括為：當工作站的安全門 閉合、物料輥的物料根數大于或等于 9 根且完成物料的對 正、成品輸送鏈上的碼垛盤無物料等前提下，這些信號通 過 PLC 與工業機器人的通訊，收到這些信號后，工業機器 人可以完成首次取料并完成碼垛功能。系統的工作流程如 圖 2 所示。 3 程序設計
3.1 PLC 程序設計
在本工作站中，PLC 要控制系統進行自動送料和物料 的對正。系統啟動后，機器人回到Home 點，當第 2 輸送輥的整列電機工作、安全門閉合、步進鏈電機工作等條件下， 機器人回到 Home 點，PLC 通過輸送輥傳送的物料根數， 檢測大于或等于設定根數，此時，PLC 控制氣動回路的電 磁換向閥，2 個對正氣缸完成物料的對正，根據機器人的 設定工作程序，2s 后機械手的夾爪移動到指定物料所在 的坐標位置，2s 后夾緊且到達后限位，此時機械臂將物料 搬運到成品鏈上的堆垛位指定坐標，PLC 控制氣動回路的 電磁換向閥，夾爪放松物料且到達前限位，就這樣始終循 環程序，完成物料的碼垛且到達設定的物料層高，此時控 制成品鏈的步進電機向前移動。 根據系統的控制要求，設計了控制系統的部分 PLC 程 序，如圖 3 所示為工業機器人堆垛基本條件的 PLC 程序。
3.2 工業機器人的程序設計
當滿足啟動堆垛的基本條件，收到這些信號后，則工 業機器人開始執行設定的程序，完成碼垛任務。其中該碼 垛的程序主要分為這幾個部分，分別為主程序、初始化函 數、取料函數、放料函數等等。由此，設計了幾個主要部分 的工業機器人的程序。 ①PROC main( )為主程序部分，程序如下： PROC main( ) 聲明主程序 r Init AII; 初始化 WHILE TRUE DO 循環結構，重復執行 IF Di Box In Pos = 1 THEN 判斷工位條件，滿足執行 r Pick; 調用堆垛取料程序 r Place; 調用堆垛放置程序 r Position; 調用堆垛層位置程序 ENDIF ENDWHILE ENDPROC ②PROC r Init AII ( )為初始化程序，主要是讓機器人 復位以及回原點，程序如下： PROC r Init AII ( ) 初始化程序 Reset Do Grip; 復位夾爪 Move J phome，v500，z30，Tool0; 回預設的原點 n Count：=1; 初始化物料計數的值為 1 ENDPROC ③PROC Pick ( )為取料函數程序，完成機器人移動 到設定位置將物料夾取，程序如下： PROC Pick ( ) 取料函數 Move J Offs (p Pick, 0, 0, 200) , v500, fine, Tool0; 移動 到取料位置上方 200mm 處 Move L p Pick，v500，fine，Tool0; 移動到取料位置 Set Do Grip; 夾爪夾緊 Wait Time 2.0; 延時 2.0s Move J Offs（p Pick, 0, 0, 300), v500, fine,Tool0; 退出物料夾取的位置 ENDPROC ④PROC Place ( )為物料放置函數程序，機器人完成 將夾取的物料設定的物料放置位置，程序如下： PROC Place ( ) 物料放置函數 Move J Offs (p Place, 0, 0, 300), v500, fine,Tool0; TCP 的 tool0 移動到放置位置上方 200mm 處 Move L p Place，v500，fine，tool0; 移動到設定的放置 位置 Reset Do Grip; 夾爪放松 Wait Time 1.0; 延時 1.0s Move J Offs (p Place, 0, 0, 300), v500, fine, Tool0; 退 出碼垛位置 n Count := n Count + 1; 物料計數加 1 ENDPROC
4 結語
在該方棒碼垛自動化生產線中，以碼垛工作站為核心 的控制系統，在目前的方棒鋁合金生產線上已經投入使 用，整個系統運行安全且可靠。由此，非常好的解決了在還 未設計該工作站之前人工搬運碼垛的費時費力的工作情 況，極大的改善了金屬制造行業在生產過程中所面臨的效 率低下的問題。通過當前大量的投入使用，實踐證明，設計 的碼垛工作站，可以充分滿足當前 2 條生產線同時進行碼 垛作業，發揮出了機器人碼垛的最大性能，極大的提高了 生產效率和產能，而且相比較人工碼垛，更加的可靠且性 價比更高。由此，在人工成本更加昂貴的今天，碼垛工作站 的使用具有更加廣闊的市場前景。
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作者:魏新宇 李瑋 單位:西南林業大學