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PLC下码垛生产线控制程序设计与应用

期刊目录网化工论文发表2021-07-26 15:02关注(1)

  根据码垛生产线控制系统的工艺和控制要求,设计了一种以西门子 PLC 和 ABB 工业机器人为核心的物料码垛工作站,介 绍了码垛工作站的相应控制情况,设计了满足控制要求的梯形图程序和工业机器人程序设计,从而实现该工作站的运行,为同类控制 的设计提供了技术借鉴以及推广依据。

PLC下码垛生产线控制程序设计与应用

  关键词:可编程逻辑控制器;系统运行;程序;工业机器人

  0 引言

  针对于金属制造行业,金属制品的生产和输送以及人 工码垛效率低下的问题,而引入 PLC 与工业机器人到传 统的生产线,实现生产线全自动化的现代化改造,保证高 效、稳定的生产,减少人力成本的投入。要较好地实现对生 产线的自动控制,则对相应的设备电气控制就提出了较高 的、较新的控制要求。

  1 控制系统方案

  本文以方棒码垛生产线为例,该生产线最主要的是码 垛工作站,完成将输送辊上的物料送到成品输送链上进行 码垛,系统硬件组成如图 1 所示。该工作站是要以 ABB 工 业机器人和西门子 PLC 为核心,其中工业机器人选用的 是 IRB460,实现物料的码垛。而 PLC 选用 S7-1200 系列, 主要完成该控制系统的物料传送和物料对正,以及成品输 出链上的码垛和步进传动,另一方面 PLC 还要与工业机 器人进行通讯,通知机器人完成取料等任务,再进行码垛。 而触摸屏作为整个系统的人机界面窗口,时刻监控整个系 统的运行当前状态,还可在组态界面设定和修改相应码垛 工位的相关参数,例如夹取根数、码垛层数等等。 整个系统的控制都围绕着 PLC,通过工业以太网或 Profinet 通讯来实现 PLC 与触摸屏或其他设备的信号交 互,实现与各远程 I/O 站、机器人的信号交互以及来实现 控制。通过相互建立通信,使得 PLC 可以接收外部的物料 信息,依据物料信息和传感器的信号,自动完成相应物料 的码垛工作,并实时将码垛相关信息反馈给 PLC。

  2 系统工作流程

  整个系统的运行流程可以概括为:当工作站的安全门 闭合、物料辊的物料根数大于或等于 9 根且完成物料的对 正、成品输送链上的码垛盘无物料等前提下,这些信号通 过 PLC 与工业机器人的通讯,收到这些信号后,工业机器 人可以完成首次取料并完成码垛功能。系统的工作流程如 图 2 所示。 3 程序设计

  3.1 PLC 程序设计

  在本工作站中,PLC 要控制系统进行自动送料和物料 的对正。系统启动后,机器人回到Home 点,当第 2 输送辊的整列电机工作、安全门闭合、步进链电机工作等条件下, 机器人回到 Home 点,PLC 通过输送辊传送的物料根数, 检测大于或等于设定根数,此时,PLC 控制气动回路的电 磁换向阀,2 个对正气缸完成物料的对正,根据机器人的 设定工作程序,2s 后机械手的夹爪移动到指定物料所在 的坐标位置,2s 后夹紧且到达后限位,此时机械臂将物料 搬运到成品链上的堆垛位指定坐标,PLC 控制气动回路的 电磁换向阀,夹爪放松物料且到达前限位,就这样始终循 环程序,完成物料的码垛且到达设定的物料层高,此时控 制成品链的步进电机向前移动。 根据系统的控制要求,设计了控制系统的部分 PLC 程 序,如图 3 所示为工业机器人堆垛基本条件的 PLC 程序。

  3.2 工业机器人的程序设计

  当满足启动堆垛的基本条件,收到这些信号后,则工 业机器人开始执行设定的程序,完成码垛任务。其中该码 垛的程序主要分为这几个部分,分别为主程序、初始化函 数、取料函数、放料函数等等。由此,设计了几个主要部分 的工业机器人的程序。 ①PROC main( )为主程序部分,程序如下: PROC main( ) 声明主程序 r Init AII; 初始化 WHILE TRUE DO 循环结构,重复执行 IF Di Box In Pos = 1 THEN 判断工位条件,满足执行 r Pick; 调用堆垛取料程序 r Place; 调用堆垛放置程序 r Position; 调用堆垛层位置程序 ENDIF ENDWHILE ENDPROC ②PROC r Init AII ( )为初始化程序,主要是让机器人 复位以及回原点,程序如下: PROC r Init AII ( ) 初始化程序 Reset Do Grip; 复位夹爪 Move J phome,v500,z30,Tool0; 回预设的原点 n Count:=1; 初始化物料计数的值为 1 ENDPROC ③PROC Pick ( )为取料函数程序,完成机器人移动 到设定位置将物料夹取,程序如下: PROC Pick ( ) 取料函数 Move J Offs (p Pick, 0, 0, 200) , v500, fine, Tool0; 移动 到取料位置上方 200mm 处 Move L p Pick,v500,fine,Tool0; 移动到取料位置 Set Do Grip; 夹爪夹紧 Wait Time 2.0; 延时 2.0s Move J Offs(p Pick, 0, 0, 300), v500, fine,Tool0; 退出物料夹取的位置 ENDPROC ④PROC Place ( )为物料放置函数程序,机器人完成 将夹取的物料设定的物料放置位置,程序如下: PROC Place ( ) 物料放置函数 Move J Offs (p Place, 0, 0, 300), v500, fine,Tool0; TCP 的 tool0 移动到放置位置上方 200mm 处 Move L p Place,v500,fine,tool0; 移动到设定的放置 位置 Reset Do Grip; 夹爪放松 Wait Time 1.0; 延时 1.0s Move J Offs (p Place, 0, 0, 300), v500, fine, Tool0; 退 出码垛位置 n Count := n Count + 1; 物料计数加 1 ENDPROC

  4 结语

  在该方棒码垛自动化生产线中,以码垛工作站为核心 的控制系统,在目前的方棒铝合金生产线上已经投入使 用,整个系统运行安全且可靠。由此,非常好的解决了在还 未设计该工作站之前人工搬运码垛的费时费力的工作情 况,极大的改善了金属制造行业在生产过程中所面临的效 率低下的问题。通过当前大量的投入使用,实践证明,设计 的码垛工作站,可以充分满足当前 2 条生产线同时进行码 垛作业,发挥出了机器人码垛的最大性能,极大的提高了 生产效率和产能,而且相比较人工码垛,更加的可靠且性 价比更高。由此,在人工成本更加昂贵的今天,码垛工作站 的使用具有更加广阔的市场前景。

  参考文献:

  [1]韩桂荣.基于工业机器人和 PLC 的多垛型全自动码垛搬运 系统研究[D].武汉:武汉工程大学,2017:1-5.

  [2]邓三鹏,周旺发.ABB 工业机器人编程与操作[M].机械工业 出版社,2019.

  [3]张业鹏,张明.基于 PLC 与工业机器人的全自动化码垛系 统设计[J].制造业自动化,2015,37(22):108-110.

  [4]陈锐鸿.基于 PLC 控制的多工位码垛系统设计与实现[J]. 包装工程,2018,39(17):159-164.

  作者:魏新宇 李玮

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