基于FMS的機器人與數(shù)控機床的控制策略

張松林

摘 要：該文主要是提出三菱機器人、數(shù)控機床及西門子PLC的組合控制策略及實施，實現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)控制，機器人精度操作及數(shù)控加工的無人化的工業(yè)加工流程，提高了企業(yè)的自動化水平、加工精度及加工效率。

關(guān)鍵詞：FMS 三菱機器人 機器人與數(shù)控 控制策略

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0044-01

目前，F(xiàn)MS（柔性制造系統(tǒng)）是一組自動化工業(yè)設(shè)備、數(shù)控機床等有機結(jié)合的一套完整的系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)的靈活性及工業(yè)控制不斷發(fā)展的要求，該設(shè)備在工業(yè)控制中的地位越來越高。隨著人力成本的上升，與其他新興經(jīng)濟體的競爭加劇，我國企業(yè)轉(zhuǎn)向以技術(shù)提高生產(chǎn)率，工業(yè)機器人也就不斷的進(jìn)入到工業(yè)加工領(lǐng)域，據(jù)2013年統(tǒng)計，中國購買的機器人占全球的1/5（36560臺），首度超過日本，同比增長60%。可想而知機器人的應(yīng)用越來越重要，所以本文就三菱機器人與數(shù)控機床及西門子PLC的組合策略進(jìn)行分析及實施方案。

1 方案論證

整體設(shè)計方案如圖1。

上位機發(fā)出指令給PLC后由PLC對數(shù)控1、數(shù)控2及機器人進(jìn)行協(xié)調(diào)操作，實現(xiàn)無人化流程作業(yè)，并能提高效率和加工質(zhì)量。若數(shù)控加工工位比較少可以采用機器人和數(shù)控直接聯(lián)系的方式，但該方法的聯(lián)網(wǎng)難度比較大，可擴展性差，所以建議采用機器人和數(shù)控工位的聯(lián)絡(luò)用PLC來中轉(zhuǎn)并能提供上位機相關(guān)系統(tǒng)工作信息及下位機的控制點。上位機通過以太網(wǎng)對PLC發(fā)出加工指令，PLC收到指令后通過伺服電機控制滑軌運動到零點位置，復(fù)位三菱機器人開始做加工準(zhǔn)備。

2 硬件設(shè)計

根據(jù)上面的方案采用圖2的硬件設(shè)計和選型。

Wincc組態(tài)通過TCP/IP和帶有CP243模塊的西門子PLC226xp通信，并通過PLC來與運動滑軌，機器人，數(shù)控車床及數(shù)控銑床通信來完成整個的加工過程，該設(shè)備的加工精度依靠數(shù)控，該系統(tǒng)的機器人主要是替代人的工作崗位。

3 軟件的設(shè)計

三菱機器人RV-3sd-S70的編程環(huán)境采用簡單易編程的MELFA-BASIC-V語言。程序的設(shè)計主要包含PLC的通信信息處理及控制程序，車床的準(zhǔn)備和完成加工的信號輸出程序及機器人程序，車床及PLC進(jìn)入我國比較早并比較成熟，本文就PLC及車床的程序不在贅述，重點解析下機器人的程序。機器人從程序到自動化運行為止一般是按照以下7步完成：

（1）確定機器人的動作順序—— 確定機器人的動作位置；（2）確定動作位置的名稱—— 確定機器人的動作位置變量名；（3）確定輸入輸出信號的功能編號—— 確定連接和連鎖信號的編號；（4）創(chuàng)建程序—— 使用T/B進(jìn)行程序的輸入、創(chuàng)建等；（5）位置的示教—— 將程序中使用的位置數(shù)據(jù)示教至機器人中；（6）調(diào)試—— 通過單步運行確定機器人的動作是否正確并修改；（7）自動運行—— 自動運行程序。

通過上面的步驟就能調(diào)試完成軟件部分內(nèi)容，針對該文機器人的程序主要有主程序就4個子程序完成整個流程（所有的P點坐標(biāo)都是通過示教模式讀取）。

主程序代碼如下：

Ovrd 30'30%的運動速度；HOpen 1 '打開機器手爪；Mov p0'移動到初始位置（零點）；M_Out（17）=1'機器人準(zhǔn)備完成；*loop跳轉(zhuǎn)位置名稱；Mov p0確定移動到初始位置；M_Out（17）=1'機器人準(zhǔn)備完成；If M_In（24）=1 Then *cheshang '車床上料；If M_In（9）=1 Then *fanzhuan '車床第一次加工完成，進(jìn)行第二次加工；If M_In（8）=1 Then *chexia '車床下料；If M_In（25）=1 Then *xishang '銑床上料；If M_In（12）=1 Then *xixia '銑床下料；GoTo *loop 跳轉(zhuǎn)到*loop位置進(jìn)行重復(fù)子程序主要有*cheshang，*fanzhuan，*chexia，*xishang組成，*cheshang及*xixia完成，它的工作過程是工件到位是發(fā)給機器人24號輸入信號，機器人按照這個程序放置到車床夾具上加工。完成后車床發(fā)出信號給機器人9號輸入后執(zhí)行*fanzhuan來實現(xiàn)工件翻轉(zhuǎn)后放入夾具再次加工；翻轉(zhuǎn)加工完成車床發(fā)出信號給機器人8號輸入，機器人就開始執(zhí)行*chexia子程序，它是完成把工件重車床送到傳送帶上送至銑床位置附近；工件到銑床位置時就發(fā)出信號給其家人25號輸入，機器人就開始吧工件送到銑床夾具上加工；加工完成發(fā)出信號給機器人12號輸入，機器人就執(zhí)行*xixia程序把工件重新送到傳送帶，后由傳送帶入庫，完成整個加工過程后機器人程序回到*loop位置機械重復(fù)上述過程。

4 結(jié)語

機器人實際上不僅是一個高精度的執(zhí)行機構(gòu)，它也是能采集及輸出的一個控制設(shè)備。在該FMS系統(tǒng)中，機器人在該設(shè)備里主要是起到精度搬運及操作工作，通過機器人的使用就可以提高設(shè)備的使用效率及工作精度并能保證工件的質(zhì)量。雖然目前機器人的價格較高，在工業(yè)控制中還未大面積普及，但其未來前景很好，上海將在未來幾年里逐漸加大對機器人的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 三菱電機開發(fā)出可在托盤上排列散裝部件的機器人系統(tǒng)[J].物流技術(shù)：裝備版，2011（11）：89-89.

[2] 王俊明，蘇記華，薄昌盛，等.基于PLC和CC-Link總線的工業(yè)機器人控制的實現(xiàn)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2013，32（7）：44-47.

[3] 顧碩.三菱電機機器人：為機器人的發(fā)展貢獻(xiàn)力量[J].自動化博覽，2013（1）：46.DOI：10.3969/j.issn.1003-0492.2013.01.020.endprint

摘 要：該文主要是提出三菱機器人、數(shù)控機床及西門子PLC的組合控制策略及實施，實現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)控制，機器人精度操作及數(shù)控加工的無人化的工業(yè)加工流程，提高了企業(yè)的自動化水平、加工精度及加工效率。

關(guān)鍵詞：FMS 三菱機器人 機器人與數(shù)控 控制策略

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0044-01

目前，F(xiàn)MS（柔性制造系統(tǒng)）是一組自動化工業(yè)設(shè)備、數(shù)控機床等有機結(jié)合的一套完整的系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)的靈活性及工業(yè)控制不斷發(fā)展的要求，該設(shè)備在工業(yè)控制中的地位越來越高。隨著人力成本的上升，與其他新興經(jīng)濟體的競爭加劇，我國企業(yè)轉(zhuǎn)向以技術(shù)提高生產(chǎn)率，工業(yè)機器人也就不斷的進(jìn)入到工業(yè)加工領(lǐng)域，據(jù)2013年統(tǒng)計，中國購買的機器人占全球的1/5（36560臺），首度超過日本，同比增長60%。可想而知機器人的應(yīng)用越來越重要，所以本文就三菱機器人與數(shù)控機床及西門子PLC的組合策略進(jìn)行分析及實施方案。

1 方案論證

整體設(shè)計方案如圖1。

上位機發(fā)出指令給PLC后由PLC對數(shù)控1、數(shù)控2及機器人進(jìn)行協(xié)調(diào)操作，實現(xiàn)無人化流程作業(yè)，并能提高效率和加工質(zhì)量。若數(shù)控加工工位比較少可以采用機器人和數(shù)控直接聯(lián)系的方式，但該方法的聯(lián)網(wǎng)難度比較大，可擴展性差，所以建議采用機器人和數(shù)控工位的聯(lián)絡(luò)用PLC來中轉(zhuǎn)并能提供上位機相關(guān)系統(tǒng)工作信息及下位機的控制點。上位機通過以太網(wǎng)對PLC發(fā)出加工指令，PLC收到指令后通過伺服電機控制滑軌運動到零點位置，復(fù)位三菱機器人開始做加工準(zhǔn)備。

2 硬件設(shè)計

根據(jù)上面的方案采用圖2的硬件設(shè)計和選型。

Wincc組態(tài)通過TCP/IP和帶有CP243模塊的西門子PLC226xp通信，并通過PLC來與運動滑軌，機器人，數(shù)控車床及數(shù)控銑床通信來完成整個的加工過程，該設(shè)備的加工精度依靠數(shù)控，該系統(tǒng)的機器人主要是替代人的工作崗位。

3 軟件的設(shè)計

三菱機器人RV-3sd-S70的編程環(huán)境采用簡單易編程的MELFA-BASIC-V語言。程序的設(shè)計主要包含PLC的通信信息處理及控制程序，車床的準(zhǔn)備和完成加工的信號輸出程序及機器人程序，車床及PLC進(jìn)入我國比較早并比較成熟，本文就PLC及車床的程序不在贅述，重點解析下機器人的程序。機器人從程序到自動化運行為止一般是按照以下7步完成：

（1）確定機器人的動作順序—— 確定機器人的動作位置；（2）確定動作位置的名稱—— 確定機器人的動作位置變量名；（3）確定輸入輸出信號的功能編號—— 確定連接和連鎖信號的編號；（4）創(chuàng)建程序—— 使用T/B進(jìn)行程序的輸入、創(chuàng)建等；（5）位置的示教—— 將程序中使用的位置數(shù)據(jù)示教至機器人中；（6）調(diào)試—— 通過單步運行確定機器人的動作是否正確并修改；（7）自動運行—— 自動運行程序。

通過上面的步驟就能調(diào)試完成軟件部分內(nèi)容，針對該文機器人的程序主要有主程序就4個子程序完成整個流程（所有的P點坐標(biāo)都是通過示教模式讀取）。

主程序代碼如下：

Ovrd 30'30%的運動速度；HOpen 1 '打開機器手爪；Mov p0'移動到初始位置（零點）；M_Out（17）=1'機器人準(zhǔn)備完成；*loop跳轉(zhuǎn)位置名稱；Mov p0確定移動到初始位置；M_Out（17）=1'機器人準(zhǔn)備完成；If M_In（24）=1 Then *cheshang '車床上料；If M_In（9）=1 Then *fanzhuan '車床第一次加工完成，進(jìn)行第二次加工；If M_In（8）=1 Then *chexia '車床下料；If M_In（25）=1 Then *xishang '銑床上料；If M_In（12）=1 Then *xixia '銑床下料；GoTo *loop 跳轉(zhuǎn)到*loop位置進(jìn)行重復(fù)子程序主要有*cheshang，*fanzhuan，*chexia，*xishang組成，*cheshang及*xixia完成，它的工作過程是工件到位是發(fā)給機器人24號輸入信號，機器人按照這個程序放置到車床夾具上加工。完成后車床發(fā)出信號給機器人9號輸入后執(zhí)行*fanzhuan來實現(xiàn)工件翻轉(zhuǎn)后放入夾具再次加工；翻轉(zhuǎn)加工完成車床發(fā)出信號給機器人8號輸入，機器人就開始執(zhí)行*chexia子程序，它是完成把工件重車床送到傳送帶上送至銑床位置附近；工件到銑床位置時就發(fā)出信號給其家人25號輸入，機器人就開始吧工件送到銑床夾具上加工；加工完成發(fā)出信號給機器人12號輸入，機器人就執(zhí)行*xixia程序把工件重新送到傳送帶，后由傳送帶入庫，完成整個加工過程后機器人程序回到*loop位置機械重復(fù)上述過程。

4 結(jié)語

機器人實際上不僅是一個高精度的執(zhí)行機構(gòu)，它也是能采集及輸出的一個控制設(shè)備。在該FMS系統(tǒng)中，機器人在該設(shè)備里主要是起到精度搬運及操作工作，通過機器人的使用就可以提高設(shè)備的使用效率及工作精度并能保證工件的質(zhì)量。雖然目前機器人的價格較高，在工業(yè)控制中還未大面積普及，但其未來前景很好，上海將在未來幾年里逐漸加大對機器人的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 三菱電機開發(fā)出可在托盤上排列散裝部件的機器人系統(tǒng)[J].物流技術(shù)：裝備版，2011（11）：89-89.

[2] 王俊明，蘇記華，薄昌盛，等.基于PLC和CC-Link總線的工業(yè)機器人控制的實現(xiàn)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2013，32（7）：44-47.

[3] 顧碩.三菱電機機器人：為機器人的發(fā)展貢獻(xiàn)力量[J].自動化博覽，2013（1）：46.DOI：10.3969/j.issn.1003-0492.2013.01.020.endprint

摘 要：該文主要是提出三菱機器人、數(shù)控機床及西門子PLC的組合控制策略及實施，實現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)控制，機器人精度操作及數(shù)控加工的無人化的工業(yè)加工流程，提高了企業(yè)的自動化水平、加工精度及加工效率。

關(guān)鍵詞：FMS 三菱機器人 機器人與數(shù)控 控制策略

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0044-01

目前，F(xiàn)MS（柔性制造系統(tǒng)）是一組自動化工業(yè)設(shè)備、數(shù)控機床等有機結(jié)合的一套完整的系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)的靈活性及工業(yè)控制不斷發(fā)展的要求，該設(shè)備在工業(yè)控制中的地位越來越高。隨著人力成本的上升，與其他新興經(jīng)濟體的競爭加劇，我國企業(yè)轉(zhuǎn)向以技術(shù)提高生產(chǎn)率，工業(yè)機器人也就不斷的進(jìn)入到工業(yè)加工領(lǐng)域，據(jù)2013年統(tǒng)計，中國購買的機器人占全球的1/5（36560臺），首度超過日本，同比增長60%。可想而知機器人的應(yīng)用越來越重要，所以本文就三菱機器人與數(shù)控機床及西門子PLC的組合策略進(jìn)行分析及實施方案。

1 方案論證

整體設(shè)計方案如圖1。

上位機發(fā)出指令給PLC后由PLC對數(shù)控1、數(shù)控2及機器人進(jìn)行協(xié)調(diào)操作，實現(xiàn)無人化流程作業(yè)，并能提高效率和加工質(zhì)量。若數(shù)控加工工位比較少可以采用機器人和數(shù)控直接聯(lián)系的方式，但該方法的聯(lián)網(wǎng)難度比較大，可擴展性差，所以建議采用機器人和數(shù)控工位的聯(lián)絡(luò)用PLC來中轉(zhuǎn)并能提供上位機相關(guān)系統(tǒng)工作信息及下位機的控制點。上位機通過以太網(wǎng)對PLC發(fā)出加工指令，PLC收到指令后通過伺服電機控制滑軌運動到零點位置，復(fù)位三菱機器人開始做加工準(zhǔn)備。

2 硬件設(shè)計

根據(jù)上面的方案采用圖2的硬件設(shè)計和選型。

Wincc組態(tài)通過TCP/IP和帶有CP243模塊的西門子PLC226xp通信，并通過PLC來與運動滑軌，機器人，數(shù)控車床及數(shù)控銑床通信來完成整個的加工過程，該設(shè)備的加工精度依靠數(shù)控，該系統(tǒng)的機器人主要是替代人的工作崗位。

3 軟件的設(shè)計

三菱機器人RV-3sd-S70的編程環(huán)境采用簡單易編程的MELFA-BASIC-V語言。程序的設(shè)計主要包含PLC的通信信息處理及控制程序，車床的準(zhǔn)備和完成加工的信號輸出程序及機器人程序，車床及PLC進(jìn)入我國比較早并比較成熟，本文就PLC及車床的程序不在贅述，重點解析下機器人的程序。機器人從程序到自動化運行為止一般是按照以下7步完成：

（1）確定機器人的動作順序—— 確定機器人的動作位置；（2）確定動作位置的名稱—— 確定機器人的動作位置變量名；（3）確定輸入輸出信號的功能編號—— 確定連接和連鎖信號的編號；（4）創(chuàng)建程序—— 使用T/B進(jìn)行程序的輸入、創(chuàng)建等；（5）位置的示教—— 將程序中使用的位置數(shù)據(jù)示教至機器人中；（6）調(diào)試—— 通過單步運行確定機器人的動作是否正確并修改；（7）自動運行—— 自動運行程序。

通過上面的步驟就能調(diào)試完成軟件部分內(nèi)容，針對該文機器人的程序主要有主程序就4個子程序完成整個流程（所有的P點坐標(biāo)都是通過示教模式讀取）。

主程序代碼如下：

Ovrd 30'30%的運動速度；HOpen 1 '打開機器手爪；Mov p0'移動到初始位置（零點）；M_Out（17）=1'機器人準(zhǔn)備完成；*loop跳轉(zhuǎn)位置名稱；Mov p0確定移動到初始位置；M_Out（17）=1'機器人準(zhǔn)備完成；If M_In（24）=1 Then *cheshang '車床上料；If M_In（9）=1 Then *fanzhuan '車床第一次加工完成，進(jìn)行第二次加工；If M_In（8）=1 Then *chexia '車床下料；If M_In（25）=1 Then *xishang '銑床上料；If M_In（12）=1 Then *xixia '銑床下料；GoTo *loop 跳轉(zhuǎn)到*loop位置進(jìn)行重復(fù)子程序主要有*cheshang，*fanzhuan，*chexia，*xishang組成，*cheshang及*xixia完成，它的工作過程是工件到位是發(fā)給機器人24號輸入信號，機器人按照這個程序放置到車床夾具上加工。完成后車床發(fā)出信號給機器人9號輸入后執(zhí)行*fanzhuan來實現(xiàn)工件翻轉(zhuǎn)后放入夾具再次加工；翻轉(zhuǎn)加工完成車床發(fā)出信號給機器人8號輸入，機器人就開始執(zhí)行*chexia子程序，它是完成把工件重車床送到傳送帶上送至銑床位置附近；工件到銑床位置時就發(fā)出信號給其家人25號輸入，機器人就開始吧工件送到銑床夾具上加工；加工完成發(fā)出信號給機器人12號輸入，機器人就執(zhí)行*xixia程序把工件重新送到傳送帶，后由傳送帶入庫，完成整個加工過程后機器人程序回到*loop位置機械重復(fù)上述過程。

4 結(jié)語

機器人實際上不僅是一個高精度的執(zhí)行機構(gòu)，它也是能采集及輸出的一個控制設(shè)備。在該FMS系統(tǒng)中，機器人在該設(shè)備里主要是起到精度搬運及操作工作，通過機器人的使用就可以提高設(shè)備的使用效率及工作精度并能保證工件的質(zhì)量。雖然目前機器人的價格較高，在工業(yè)控制中還未大面積普及，但其未來前景很好，上海將在未來幾年里逐漸加大對機器人的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 三菱電機開發(fā)出可在托盤上排列散裝部件的機器人系統(tǒng)[J].物流技術(shù)：裝備版，2011（11）：89-89.

[2] 王俊明，蘇記華，薄昌盛，等.基于PLC和CC-Link總線的工業(yè)機器人控制的實現(xiàn)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2013，32（7）：44-47.

[3] 顧碩.三菱電機機器人：為機器人的發(fā)展貢獻(xiàn)力量[J].自動化博覽，2013（1）：46.DOI：10.3969/j.issn.1003-0492.2013.01.020.endprint