基于PLC的機器人控制系統設計

張景生

摘 要：隨著科學信息技術的發展，機器人的應用已越來越廣泛。主要對基于PLC的機器人控制系統展開了設計，對系統的組成作了詳細的闡述，并對控制系統的設計作了深入的分析，以期能為有關方面提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：PLC；機器人；控制系統；觸摸屏畫面

中圖分類號：TP424.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.096

在現代科學技術不斷發展的背景之下，工業現場所涉及到的重體力勞動量不斷增加。當中，部分勞動任務的實現單單依靠人力是很難實現的。而為了更好地完成工業現場的相關生產作業任務，就需要通過研究與應用機器人系統來實現?；诖?，本文就基于PLC的機器人控制系統進行探討，相信對有關方面能有一定的幫助。

1 系統組成

該系統是專為實現機器人四焊位（正反面各2個焊位）工作站自動翻轉焊接而開發設計的，由1臺匯川H2U-2416MT可編程控制器、1臺普洛菲斯ST系列5.7″觸摸屏、2套伊萊斯ESDB交流伺服電機組成。其中，H2U-2416MT可編程控制器是1臺24點輸入、16點晶體管輸出的PLC，支持2路100K高速脈沖輸出，可同時控制2套四焊位翻轉機構伺服動作，實現1臺機器人與2套翻轉機構配合的主副焊接工作站自動生產。

2 控制系統設計

2.1 觸摸屏畫面

觸摸屏主要畫面設計有示教畫面、監控畫面、異常報警畫面等。示教畫面用來對主副焊接工作站翻轉機構進行初始調試，通過操作觸摸屏上的“+”“-”等按鍵，手動示教確定自動時翻轉機構各焊位和安裝工件所需位置；監控畫面用來操作驗證示教調試后的各焊位定位和動作情況，在聯機自動生產時，可監視機器人原點和顯示翻轉機構的動作狀態，監視機器人自動焊接時所在的焊位等，其中包括觸摸屏的主站監控。

2.2 PLC程序與說明

為保證機器人和四焊位翻轉機構工作中不會發生碰撞，在機器人與四焊位翻轉機構的PLC控制程序中設計了互鎖。無論是示教調試，還是自動焊接生產，機器人必須在原點位置且輸出原點信號給PLC后，PLC才可以控制四焊位翻轉機構動作。如果機器人不在原點，那么翻轉機構無法進行自動或手動翻轉控制。同時，每套翻轉機構除了設計分配必要的焊位外，還需在控制系統中定義分配1個安裝位，以便于操作工人安裝和拆卸工件。

在自動生產前，需在手動模式下示教操作，以確定各焊位的位置數據。為了消除機械誤差對示教操作定位的影響，在示教確定焊位位置數據前，要先執行1次對翻轉機構的回原點清零處理，隨后再根據焊接模架時所需的工位數量和要求示教，以確定對應的焊位位置數據。主站示教操作確定焊位的控制程序如圖1所示，M101～M104為對應主站焊位1～4位置數據的觸摸屏示教確定按鈕，M100為工件安裝位位置數據的觸摸屏示教確定按鈕。

以下用主站兩焊位（焊位1、焊位2）的PLC程序介紹控制設計原理。主站示教操作時，在將X1選擇開關打至“OFF”狀態，以及主站翻轉定位氣缸后磁感X4和機器人原點X11信號均為“ON”的前提下，先操作執行對翻轉機構的回原點清零處理，然后按下觸摸屏上的“+”（M17）或“-”（M18）點動按鈕使翻轉機構動作，在到達所需的位置后松開按鈕，翻轉機構停止動作。此時，按下觸摸屏上的“M101”按鈕，將Y0輸出脈沖的累積值傳送到D1102作為焊位1的位置數據，同時依照此方法確定焊位2的位置數據（D1104）；所需的兩焊位數據確定后，最后按此方法操作M100進行工件安裝位D1100的位置數據確定。

示教確定主站翻轉機構焊位1和焊位2以及工件安裝位的位置數據后，在安裝位將工件裝到翻轉機構固定，操作翻轉機構分別轉到原先已示教確定好的焊位1和焊位2，使焊接機器人在相應的焊位1和焊位2上進行焊接軌跡的示教數據確定；完成焊接軌跡示教數據的確認后，再使翻轉機構自動回到工件安裝位。此時，翻轉機構的自動控制位置和機器人自動焊接軌跡匹配完畢，可進行此工藝要求的鋁合金模架連續大批量生產。

自動翻轉焊接控制功能的實現：將選擇開關打至自動模式，使X1為“ON”狀態，在主站翻轉定位氣缸后磁感X4和機器人原點X11信號為“ON”的條件下，按下焊接機器人的主站運行按鈕，焊接機器人向PLC的輸入點X14發出焊位1指令；PLC驅動主站伺服電機使翻轉機構從安裝位向焊位1目標翻轉。在這個過程中，為避免安裝工件時使翻轉機構產生相對位置誤差而影響焊接質量，在PLC控制程序中設計了從安裝位開始進行自動翻轉焊接時，對Y0的輸出累積脈沖進行清零回原點，翻轉機構在原點停留2 s后M151置位，再執行D1102焊位1的目標位置；到達焊位11.5 s后，M181置位使氣缸伸出定位翻轉機構，氣缸前磁感X5檢測到氣缸伸出定位后由PLC的Y10動作發出焊位1完成信號給機器人。此時，焊接機器人從原點前往焊位1的位置焊接作業；焊接完成，機器人返回原點后，向PLC輸入點X15發出焊位2的目標指令，M181復位，定位氣缸退回，氣缸后磁感X4檢測到氣缸退回完畢后，再執行D1104焊位2的目標位置；到達焊位21.5 s后，M182置位使氣缸伸出定位翻轉機構，氣缸前磁感X5檢測到氣缸伸出定位后使Y10復位，PLC的輸出點Y11動作發出焊位2完成信號給機器人。此時，機器人再由機器人原點轉往焊位2的位置進行焊接作業，焊接完畢后返回原點，M182復位，使定位氣缸退回，翻轉機構旋轉到安裝位停止，焊接機器人的主站運行自動復位停止，操作工人在翻轉機構安裝位對焊接好的鋁合金模架進行拆除。在主站翻轉機構安裝新的工件后，按下焊接機器人的主站運行按鈕即可實現鋁合金模架的連續焊接生產。同理，對于其它復雜工件的焊接，只需根據工藝要求在四個焊位范圍內選擇不同的組合，即可完成翻轉焊接生產。