基于多控制器集成的激光焊接機(jī)器人的PLC控制

余緯，張日升

(中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽(yáng) 621900)

基于多控制器集成的激光焊接機(jī)器人的PLC控制

余緯，張日升

(中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽(yáng) 621900)

介紹了激光焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了多個(gè)不同種類的控制器，通過(guò)建立分層遞階智能原理結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，進(jìn)行PLC、機(jī)器人主處理器及其他控制器之間的實(shí)時(shí)信息互通，完成了模塊化、相對(duì)獨(dú)立的PLC軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多控制器集成下的機(jī)器人PLC控制。

總線;數(shù)控系統(tǒng);地址;通訊

激光焊接機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車、輪船、機(jī)械加工等行業(yè)，作者單位研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高功率全固態(tài)激光焊接機(jī)器人，以六自由度機(jī)器人為核心，由激光器、激光傳輸光纖耦合、焊縫跟蹤、制冷機(jī)、中央監(jiān)控平板電腦、兩軸變位工作臺(tái)、激光焊接/切割頭、CCD圖像監(jiān)視、焊接保護(hù)/切割輔助氣路、電氣控制等子系統(tǒng)有機(jī)集成，其中機(jī)器人、激光器、焊縫跟蹤和制冷機(jī)都有單獨(dú)的控制器，而且控制器多樣，這些多控制器之間的實(shí)時(shí)通訊和協(xié)調(diào)控制都通過(guò)PLC完成。

1 機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)

選用機(jī)器人為首鋼MOTOMAN的HP20型通用機(jī)器人，主控單元是高性能的NX100控制器，6自由度的伺服控制由一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元供帶6軸的交流伺服單元，擴(kuò)展了2個(gè)外部工裝軸，由絕對(duì)值串行編碼器進(jìn)行位置測(cè)量，內(nèi)部軸與外部軸可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立或同步協(xié)調(diào)控制，機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)示意圖

2 多控制器集成的PLC控制

2.1 PLC的功能要求

根據(jù)不同的加工工藝和控制需求，PLC程序用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)激光加工系統(tǒng)的一體化協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全控制、激光器、氣路、機(jī)器人、焊縫跟蹤等子系統(tǒng)的過(guò)程量控制，并具有完善的報(bào)警觸發(fā)和信息顯示功能。

2.2 PLC控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

以NX100控制器內(nèi)部集成的PLC作為控制核心，通過(guò)PLC與NX100主處理器的固定接口信號(hào)實(shí)現(xiàn)加工狀態(tài)監(jiān)控和應(yīng)答，通過(guò)數(shù)字和模擬接口與其他子系統(tǒng)控制器實(shí)現(xiàn)信息交互，完成對(duì)安全控制、氣路、制冷等外圍系統(tǒng)的控制，其中PLC接口信號(hào)總圖見(jiàn)圖2。

圖2 PLC接口信號(hào)總圖

整個(gè)控制系統(tǒng)采用分層遞階智能原理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，PLC作為用戶層的一部分，構(gòu)成的PLC控制原理見(jiàn)圖3，其中通過(guò)一臺(tái)數(shù)字和模擬I/O口轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)口的通訊控制器與激光器的工控計(jì)算機(jī)傳輸指令及狀態(tài)，通過(guò)數(shù)字和模擬I/O口與焊縫跟蹤系統(tǒng)控制器、制冷機(jī)的PLC傳輸控制信號(hào)，通過(guò)RS232串口與中央監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)互通信息。

圖3 PLC控制原理圖

因NX100控制器的PLC輸入輸出信號(hào)標(biāo)配專用17輸入/3輸出、通用40輸入/40輸出，在子系統(tǒng)較多的情況下，擴(kuò)展了40輸入/40輸出。

3 PLC用戶軟件開(kāi)發(fā)

依據(jù)常用PLC工程軟件項(xiàng)目的瀑布模型開(kāi)發(fā)形式，結(jié)合獨(dú)立性公理和信息最小公理的設(shè)計(jì)理念，以語(yǔ)句表或梯形圖作為開(kāi)發(fā)方式，設(shè)計(jì)過(guò)程中保持功能需求相對(duì)獨(dú)立，信息含量最小的設(shè)計(jì)使影響因素更少、成功率最高，盡量避免了在單純的瀑布模型開(kāi)發(fā)模式下，階段間存在嚴(yán)格的順序且相互依存，因工程需求在編程之初并不完全明確，常常造成軟件設(shè)計(jì)階段的反復(fù)，設(shè)計(jì)迭代過(guò)程導(dǎo)致大量重復(fù)編程的問(wèn)題。

鑒于該P(yáng)LC的功能特殊性，不改變系統(tǒng)PLC程序和用戶PLC程序的原有方式，系統(tǒng)PLC程序部分已經(jīng)預(yù)先提供了機(jī)器人控制的一些標(biāo)準(zhǔn)程序，主要完成通用機(jī)器人工作的一些必要功能，基本不作改動(dòng)，以下主要針對(duì)用戶PLC程序部分進(jìn)行適用于激光加工的開(kāi)發(fā)，程序結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 PLC程序結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)籌兼顧PLC程序的條理性、可讀性和功能優(yōu)化，盡量把有關(guān)相同操作元素或控制功能的程序語(yǔ)句集中在同一模塊，便于調(diào)試和維修過(guò)程中分析及測(cè)試，最終將整個(gè)PLC程序劃分為急停及安全控制部分;報(bào)警處理和狀態(tài)信息顯示部分;模式選擇、外部伺服接通、外部啟動(dòng)、暫停、調(diào)主程序的機(jī)器人控制部分;激光器啟停、光路、短路監(jiān)測(cè)的激光器控制部分;氣路控制部分;焊縫跟蹤控制部分;其他輔助控制部分。其中有關(guān)激光器出光的部分程序如下:

4 結(jié)束語(yǔ)

在該機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，PLC既需要與NX100主處理器進(jìn)行通訊，又要與多個(gè)子系統(tǒng)的不同類型控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交換，這種PLC控制結(jié)構(gòu)形式成功用于所開(kāi)發(fā)的激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單且可行，實(shí)現(xiàn)了多種控制器集成的PLC控制設(shè)計(jì)要求。

［1］機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)［M］.2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

［2］馮勇.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［3］廖常初.PLC編程及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［4］鐘肇新，范建東.可編程控制器原理及應(yīng)用［M］.3版.廣州:華南理工大學(xué)出版社，2003.

PLC Control of Laser Welding Robot Based on Multiple Controllers Integrated

YU Wei，ZHANG Risheng
(Institute of Machinery Manufacturing Technology，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621900，China)

The control system of a laser welding robot was introduced，and it was integrated with a plurality of different kinds of controllers.Through the establishment of control system of intelligent hierarchical principle structure，the real-time information exchange between PLC，robot main processor and other controllers were realized，and the modular and relatively independent PLC software design were completed.The robot PLC control of integrated plurality of controllers is realized.

Bus;Numerical control system;Address;Communication

TP24

B

1001－3881(2014)9－056－3

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.09.015

2013－04－17

余緯 (1968—)，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)。E－mail:yw_9608@163.com。