口紅生產線改造項目中ABB機器人與西門子PLC之間的通信系統設計

陳星達 薛蓉蓉 揚州工業職業技術學院

智能制造是信息化與工業化深度融合的表現，他是全球制造業變革的重要方向。目前各個國家都發布了相關的支持政策。例如，美國的“再工業化”計劃、德國的“工業4.0”計劃、日本的“新機器人戰略”計劃等。

在國家政策推動，制造業技術轉型升級等背景下，中國智能制造產業發展迅速，已逐漸成為制造業的主要驅動力之一。江蘇省為了加快推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟的深度融合，推進工業經濟高質量發展。目標到2020 年，全省建成1000 家智能車間，創建50 家左右省級智能制造示范工廠，試點創建10 家左右省級智能制造示范區。

本次項目針對廠方口紅生產線的生產速度過慢、口紅質量較低等問題進行了改造。口紅生產由七大重要工序組成：按單領料、加熱灌裝、模具冷卻、鏟模開模、拔模入庫、擦模盒蓋、退料作業。原始生產線中每道工序都需要人工參與，這種缺乏現代科技智能的生產線擁有很多弊端：耗時長、花費大等，其中急需改進的問題是無法實現無菌生產。

從發展角度看，把鏟模開模、拔模入庫、擦模盒蓋三道工序整合為一道口紅包裝生產線。改造過程中，這一道生產線是依靠ABB 機器人和西門子PLC 之間相互合作來完成的，這意味著兩套設備之間的信號溝通必須及時可靠。本次設計便是對機器人與PLC 之間的通信系統進行設計改良，使兩者能夠更好的進行數據傳輸，同時實現PC 對機器人和PLC的遠程監控，最終達到安全生產的目的。

1 系統總體結構

在本次口紅包裝生產線改造中，生產線的硬件主要由計算機、西門子PLC-1200、ABB 機器人IRB-120、各類傳感器、其他執行器等組成。

PLC 模塊和ABB 機器人是整個包裝生產線的核心，他們往往是獨立且共存的，兩者采用不同的管理系統，但都配有可實現信號傳輸的通信模塊來實現相互交流。當傳感器檢測物件的位置等信息后，傳送給PLC，機器人內在通信模塊和PLC 通信模塊通過信號線短接進行同步通信。在實際工作中，PLC 將得到的信號后發送給機器人，機器人根據給定邏輯，向PLC 發送指令，實現PLC 程序的啟停等操作，最終實現ABB 機器人IRB-120 和西門子PLC-1200 信號傳輸，從而完成口紅無菌包裝生產線的改造。

口紅包裝系統總體結構見圖1。

圖1 口紅包裝系統總體結構

2 生產線控制系統硬件設計

本次改造對生產線中PLC 對8 個數字輸入點和5 個數字輸出點進行了監管和控制，從而了解生產線中各物件和各執行器的到位情況，并命令執行器動作。8 個輸入分別為：放料位檢知、取料位檢知、翻轉工裝原點檢知、翻轉工裝動點檢知、翻轉夾爪原點檢知、翻轉夾爪動點檢知、翻轉工裝上位檢知、翻轉工裝下位檢知；5 個數字輸出分別為：翻轉工裝左翻動作、翻轉工裝右翻動作、翻轉夾爪動作、翻轉工裝上位動作、翻轉工裝下位動作。之后，再在PLC 中添加一個映射FC 模塊將監控信號傳遞給機器人進行條件判斷。

機器人將遠程I/O 模塊FR8030 板卡內FR1108-1 中的8 個輸出信號整編成為一個組信號來進行與PLC 的通信。

生產線控制系統硬件結構見圖2。

圖2 生產線控制系統硬件結構圖

2.1 機器人模塊硬件設計

大型工業機器人不適合應用于精細的口紅包裝生產線，所以改造過程中采用了ABB 機器人中最小且速度最快的六軸機器人IRB-120，IRB-120 可以很好的節約空間，且可以在合適空間以任何角度安裝在工作站內部。IRB-120 采用IRC5 控制器有先進的QuickMove 和TrueMove 運動控制軟件，給予IRB120 機器人一流的控制性能，有利于進一步提高生產效率，更加符合生產需求。

2.2 PLC 模塊硬件設計

口紅包裝生產線需要PLC 可以簡單、精確的實現自動化任務，通過研究不同品牌、不同型號的PLC，最終采用西門子SIMATIC 系列S7-1200PLC。SIMATIC S7-1200PLC 控制器能夠精確的監控生產單元各傳感器的實時狀態，且能與ABB 機器人實現良好的通訊。S7-1200PLC 的通信模塊RS485 和RS232 為點到點的串行通訊提供硬件連接，能可靠有效的滿足機器人與PLC 的通信需求，并實行監控。

3 生產線控制系統軟件設計

根據生產線設計的完整要求，按照功能對控制系統進行分組，劃分成不同的模塊。傳感器信號監控、ABB 機器人狀態監測及PLC 與機器人之間的通信檢測是口紅包裝生產線的3 個重要的信息獲取途徑。傳感器信號監控主要是采集翻轉工裝、放料位等狀態信號；ABB 機器人狀態監測主要是PLC 對機器人傳遞的信號進行狀態判斷，從而向工作單元發送動作執行指令；PLC 與機器人之間的通信檢測主要是把PLC 監測到的信號傳送給機器人，從而機器人可以判斷是否該進行拾取或放下物件等動作。

軟件總體結構見圖3。

圖3 生產線控制系統軟件結構圖

4 總結

本文根據口紅包裝生產線的實際情況，將PLC 技術、ABB 機器人技術、計算機技術等有效的融合起來，對生產線所需要的各個信號進行獲取、傳遞、分析、判斷等工作，以達到自動化生產的目的。PLC 獲取傳感器信號、并將信號與機器人互傳，機器人對信號進行判斷分析后將新的信號傳回PLC，兩者共同控制工作單元各部件的啟停，從而較好的實現口紅包裝生產線的無菌化改造。（指導教師：高楊）