路面磚生產(chǎn)中基于PLC的工業(yè)碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

趙賢

摘 要：傳統(tǒng)路面磚生產(chǎn)需要依靠大量勞動(dòng)力，近年來路面磚生產(chǎn)行業(yè)面臨著愈發(fā)嚴(yán)峻勞動(dòng)力短缺問題。隨著PLC及工業(yè)碼垛機(jī)器人技術(shù)的日趨成熟，路面磚生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)用PLC及工業(yè)碼垛機(jī)器人以降低勞動(dòng)力成本成為了有效且可行的方案。該控制系統(tǒng)有高可靠性、穩(wěn)定性、可拓展性優(yōu)點(diǎn)，符合行業(yè)應(yīng)用要求。

關(guān)鍵詞：PLC控制;工業(yè)碼垛機(jī)器人;控制系統(tǒng)

引言

傳統(tǒng)路面磚典型生產(chǎn)工藝流程為：配料、加壓成型、制品養(yǎng)護(hù)、成品入庫(kù)。在經(jīng)壓機(jī)加壓成型后，制品需搬運(yùn)至蒸養(yǎng)車，在此過程中，傳統(tǒng)生產(chǎn)主要有人工碼放和碼坯機(jī)碼放兩種方式。采用人工碼放方式時(shí)，壓機(jī)易造成人員意外傷亡，且勞動(dòng)量大，生產(chǎn)環(huán)境伴有大量粉塵、噪聲，對(duì)一線生產(chǎn)人員身體造成傷害。而采用碼坯機(jī)碼放方式時(shí)，由于碼坯機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成維護(hù)成本高，且單一型號(hào)的碼坯機(jī)適用范圍窄，不同生產(chǎn)線常有大量機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制邏輯變動(dòng)，具有低可拓展性的缺點(diǎn)。于此同時(shí)越來越多的企業(yè)面臨著勞動(dòng)力短缺問題，企業(yè)管理者期望通過工業(yè)自動(dòng)化尋求解決方案。而PLC及工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成熟，面向不同生產(chǎn)線往往只需要在夾具上略作改動(dòng)，相對(duì)而言有更高的可拓展性，通過PLC控制工業(yè)碼垛機(jī)器人不僅可降低勞動(dòng)力需求，同時(shí)也可提高生產(chǎn)效率，降低管理成本，符合行業(yè)利益需求。針對(duì)這一需求，筆者提供一種基于PLC的工業(yè)碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)方案以滿足企業(yè)需求。

一、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PLC技術(shù)具有適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、編程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)[1]。工業(yè)碼垛機(jī)器人聚友高精度定位、快速搬運(yùn)夾取、穩(wěn)定可靠、無(wú)疲勞連續(xù)作業(yè)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少、占地面積少、能耗低的特點(diǎn)[2]。該控制系統(tǒng)以PLC作為邏輯控制器、觸摸屏及機(jī)器人示教器作為人機(jī)交互界面、工業(yè)碼垛機(jī)器人搭配專用夾具作為運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC接發(fā)外部信號(hào)，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算，計(jì)算碼放位置，并編碼碼放位置號(hào)，控制機(jī)器人碼放起始動(dòng)作;機(jī)器人編程解碼碼放位置號(hào)，拆解碼放動(dòng)作，實(shí)時(shí)向PLC反饋機(jī)器人狀態(tài)。

二、PLC與機(jī)器人通訊方式

PLC與機(jī)器人通訊可由I/O通訊、串口通訊、以太網(wǎng)通訊方式完成。而實(shí)際應(yīng)用中，I/O通訊的設(shè)備成本比串口通訊低5%左右，比以太網(wǎng)通訊低10%左右。采用I/O通訊方式并對(duì)通訊數(shù)據(jù)編碼，可保證數(shù)據(jù)通訊的高可靠性及穩(wěn)定性。以PLC搭配足夠的輸入、輸出繼電器作為通訊接口，自定義通訊協(xié)議并編碼，通訊中采用一問一答方式并作錯(cuò)誤碼計(jì)算，即PLC通過計(jì)算編碼發(fā)出控制指令，機(jī)器人接收控制指令并解碼校驗(yàn)，機(jī)器人通過計(jì)算再應(yīng)答PLC接收到正確控制指令或錯(cuò)誤控制指令，以此提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_性。

三、控制流程

控制模式分手動(dòng)模式、自動(dòng)模式。手動(dòng)模式PLC根據(jù)觸摸屏設(shè)置的碼磚位置計(jì)算碼磚位置號(hào)，發(fā)送給機(jī)器人，在機(jī)器人就緒時(shí)發(fā)送開始碼磚指令，機(jī)器人完成碼磚動(dòng)作即結(jié)束流程。自動(dòng)模式根據(jù)觸摸屏設(shè)置的起始碼磚位置計(jì)算碼磚位置號(hào)，發(fā)送給機(jī)器人，在機(jī)器人就緒時(shí)發(fā)送開始碼磚指令，機(jī)器人完成碼磚動(dòng)作并反饋給PLC，PLC計(jì)算下一碼磚位置并繼續(xù)循環(huán)。

四、機(jī)器人編程控制

碼磚機(jī)器人根據(jù)碼磚動(dòng)作要求應(yīng)設(shè)置抓磚位置、碼放位置、過渡位置。其中抓磚位置和碼放位置通過示教器示教。抓磚位置唯一，理論上碼放位置只需要示教所有碼放位置中的一個(gè)位置，其他位置可通過計(jì)算得出。通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，蒸養(yǎng)車尺寸、蒸養(yǎng)車軌道及機(jī)器人安裝不可避免存在誤差，這種情況下應(yīng)多示教碼磚位置。例如，在層、行、列的三維碼放動(dòng)作時(shí)，通過示教1層1行的每一列即可消除列誤差。過渡位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況設(shè)定，影響過渡點(diǎn)的主要因素有：1、碼放動(dòng)作中障礙物。2、出于人員安全考慮遠(yuǎn)離人員可能出現(xiàn)地點(diǎn)。3、出于整體效率考慮，選取機(jī)器人運(yùn)動(dòng)快的軌跡過渡點(diǎn)。在這種編程控制下，現(xiàn)場(chǎng)工作人員只需要掌握簡(jiǎn)單的示教操作即可完成機(jī)器人操作，不需要對(duì)機(jī)器人控制原理有深入理解。

結(jié)束語(yǔ)

上文提出的控制系統(tǒng)已運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中，用戶反應(yīng)良好，大大提高生產(chǎn)效率，使用過程中對(duì)操作人員專業(yè)水平要求較低。該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的拓展及升級(jí)空間，例如：1、運(yùn)用日益成熟的機(jī)器人視覺系統(tǒng)感知抓磚、碼放位置，可免除操作人員示教操作，進(jìn)一步降低對(duì)操作人員的素質(zhì)要求。2、通過添加夾具相關(guān)傳感器感知夾取狀態(tài)，避免漏抓、誤抓，從而提高安全性。該系統(tǒng)是PLC控制工業(yè)碼垛機(jī)器人的基礎(chǔ)形式之一，隨著相關(guān)技術(shù)、工藝水平的提高，該系統(tǒng)可朝向智能化、簡(jiǎn)便化等方向發(fā)展，也可以給其他行業(yè)領(lǐng)域提供應(yīng)用參考，擁有非常寬廣的工業(yè)應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張艾良，PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析， 科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)[J]，2017，7：20-21.

[2] 李勛，工業(yè)碼垛機(jī)器人存在問題與解決對(duì)策，中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品[J]，2019.6：21-22.