雙軸機器臂控制系統的設計研究

楊軼婷 徐宇

[摘 要] 詳述了S7-200 PLC控制器如何利用雙軸機器臂物流生產線實現編程控制，結合觸摸屏作為上位機監控及控制器與碼垛機器人的通訊，實現對該物流生產線的設計。

[關 鍵 詞] PLC控制；觸摸屏；雙軸機器臂

[中圖分類號] TP241.2 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）30-0024-02

工業機器臂是一種類似人手功能的自動控制裝置，其在生產、生活中的應用大大減輕了人的勞動強度，減少了危險發生，同時也提高了產品加工精度。本文研究對象為一雙軸機器臂的物流系統，通過可編程邏輯控制系統及上位機觸摸屏監控完成生產流程。

一、雙軸機器臂物流生產線介紹

雙軸機器臂物流生產線通過將托盤庫內的托盤由機器臂在Y軸上實現左右移動和機器臂在Z軸實現上下移動，機器臂一端裝有氣爪，通過真空發生器控制氣爪吸取貨物將托盤由托盤庫搬運至鏈條輸送機，鏈條輸送機將托盤運輸至滾筒輸送機并向機器人發出碼垛信號，此時由機器人完成物料的碼垛工作，碼垛完成后機器人給出碼垛完成信號，滾筒輸送機再通過緩沖區將滿料托盤送至出貨口。該物流生產線工藝流程如圖1所示。

二、雙軸機器臂物流控制系統設計

（一）控制系統硬件設計

針對該物流生產線的工藝要求，設計選用西門子S7-200 226機型（6ES7 216-2AD23-0XB8）PLC控制器。外圍設備名稱、類型、與PLC控制點分配情況號如下表所示。

人機界面采用昆侖通態觸摸屏以RS-485串口與S7-200進行通訊。

（二）控制系統軟件設計

本系統PLC編程軟件以Step7為編程環境，通過梯形圖編寫程序實現生產流程。其中控制伺服電機和步進電機完成機器臂在Y軸與Z軸上的定位運動，采用脈沖輸出指令庫MAP發出脈沖輸出指令實現對兩個方向上的機器臂的準確定位。觸摸屏采用MCGS組態軟件實現對生產過程的監控。

（三）觸摸屏控制要求

在系統送電前先確定急停按鈕未按下。檢查沒有干擾系統運行的誤動信號。一切設備就緒，撥動旋轉開關，為系統送電。此時觸摸屏顯示如圖2所示。

此時按下觸摸屏上初始復位按鈕，系統會進入初始化復位，恢復至可運行的狀態。復位過程中觸摸屏上初始狀態指示燈紅色閃爍，當系統恢復初始狀態后觸摸屏上狀態指示燈變為綠色常亮，表示恢復完成。此時將托盤庫中放入足夠量的托盤，并在觸摸屏中輸入單個托盤的厚度（mm）。按下觸摸屏上啟動按鈕，觸摸屏上運行指示燈綠色亮起并且指示燈綠常亮燈，系統將入運行模式。當系統出現料不足時指示燈黃燈以2Hz頻率閃爍。當系統出現無料時黃燈以1Hz頻率閃爍，并且待系統整個流程走完之后進入停止狀態，需待補充足夠托盤之后再次按觸摸屏啟動按鈕，系統再次進入運行狀態。系統進入停止狀態時停止指示燈紅燈常亮，并且觸摸屏上顯示停止模式紅燈常亮。

當發生故障時，按下急停按鈕此時觸摸屏出現如圖3所示，急停指示燈紅色以1Hz頻率閃爍，并且觸摸屏上急停指示報警燈閃爍。急停按下時系統進入急停狀態，此時應手動按觸摸屏急停處理區相應故障的按鈕，當某個按鈕按下時此狀態被激活（為綠色）。當故障處理完成后，請再次按下之前操作按鈕使其復位。如，當在Z軸（上下）運動時故障，按下急停后請先操作Z軸電機上升按鈕，再操作其他狀態。當急停松開時系統退出運行狀態，此時再次按下復位按鈕，即故障恢復。

（四）控制系統與碼垛機器人信號對接處理

托盤到達碼垛輸送線后需要機器人配合該物流生產線完成在托盤上放物料碼垛的任務要求，這就需要PLC與機器人進行通訊，實現雙方交互信號。機器人與PLC之間的通訊傳輸有“I/O”連接和通訊線連接兩種方式向機器人發出信號，最常用的機器人與PLC之間使用“I/O”連接的方式：采用I/O通訊，數字量直接擴展輸出，機器人主體和控制器之間使用自帶通訊電纜直接接插連接。這里用Q1.1和I2.4口完成交互信號。

三、結束語

機器臂搬運已廣泛應用于工業自動化領域，其是一個由機械、電氣、PLC和觸摸屏等元件構成的復雜的機電一體化工業裝備。本文充分利用了PLC控制的靈活性及觸摸屏在可視化方面的優勢設計了雙軸機器臂物流控制系統，并且實現了最便捷的方式與機器人對接。本文可在物流生產控制領域起到一定的借鑒作用。

參考文獻：

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