一種工業機器人打磨工作站的控制系統設計

李皓

摘 要：本文設計一種工業機器人的打磨工作站控制系統，打磨產品為風機機殼，從總體方案的設計，設備間的通訊設計，PLC程序幾方面進行了闡述。

關鍵詞：打磨 工業機器人 控制系統

Design of the Control System of an Industrial Robot Polishing Workstation

Li Hao

Abstract：This article designs a polishing workstation control system conducted by industrial robots. The polishing product is a fan casing. The design of the overall scheme， the communication design between the equipment， and the PLC program are described in the article.

Key words：polishing， industrial robot， control system

1 引言

隨著國內傳統制造產業的轉型升級的需求，傳統制造型企業對自動化的需求不斷提高。傳統的手工打磨作業存在打磨質量不穩定、效率低、且產品的均一性差。且工作環境惡劣，粉塵和噪聲嚴重影響工人的健康。對打磨工人的技術水平要求相對比較高，產品的質量也不穩定，滿足不了自動化生產需求。本文設計一種控制系統來實現對工業機器人打磨作業的控制，提高打磨作業的智能化程度以及工業生產的效率。

2 控制系統的設計要求

此設計打磨產品為風機機殼，工業機器人型號為IRB460（ABB），機器人末端執行器有打磨頭和抓手用于打磨機殼和抓取機殼，實現的控制流程如下：

人工將產品放置在工裝后，按下夾緊按鈕后，夾緊氣缸動作，將產品固定，機器人在得到產品到位信號后，開始按設定的程序進行打磨作業，打磨完成后，機器人手持工具切換為抓手，將產品搬運到指定位置。

打磨工作站有人機交互界面，使用者可在人機界面上切換手動和自動模式，自動模式下能實現整個系統的啟動和停止的控制。手動模式能實現對氣缸的點動控制，手動調用機器人打磨和搬運等程序的功能。

3 打磨工作站控制系統的總體方案

S7-1200 PLC與MCGS TPC7062TX觸摸屏都有一個網口可進行以太網通訊，可實現與MCGS TPC7062TX的數據交互，實現工作人員通過在觸摸屏來控制和監控現場產品的生產。S7-1200 PLC與機器人之間不需要進行數值量的傳遞，采用I/O連接來實現開關量的交互。S7-1200 PLC與打磨設備之間不需要進行數值量的傳遞，采用I/O連接來實現開關量的交互。

整體方案為：PLC作為主站，采用以太網通訊與MCGS觸摸屏實現數據交互，采用IO連接與工業機器人和打磨設備實現開關量的交互。

4 打磨工作站的主要控制設備選型

打磨工作站控制系統采用S7-1200PLC，S7-1200是西門子公司推出的新一代PLC，作為 S7-200的升級替代產品，其模塊化設計，擴展靈活;集成了多種強大的工藝功能，可滿足自動化系統中的特殊需求;通訊模塊和集成的PROFINET接口，可實現自動化領域的多種通訊機制，滿足設計要求。

觸摸屏采用TPC7062Ti，是一套以先進的Cortex-A8 CPU為核心的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產品設計采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏，四線電阻式觸摸屏。同時還預裝了MCGS嵌入式組態軟件（運行版），具備強大的圖像顯示和數據處理功能，滿足設計要求。

5 打磨工作站控制系統的通訊連接

5.1 S71200PLC與MCGS的通訊

S7-1200PLC與MCGS采用以太網通訊進行數據交互。他們通過各自的網口進行以太網通訊。

在各自的配置軟件中使MCGS和PLC雙方IP地址在同一地址段并保持一致，使雙方通訊上。

PLC與機器人之間的通訊連接。

S7-1200PLC它有22個數字輸入信號，10個數字輸出信號。使用的IRB460工業機器人的標準IO板卡有16路數字輸出信號，有16路數字輸入信號。它們提供的IO點滿足設計需求。PLC和機器人相關I/O分配表和IO連接圖見下表1。

外部按鈕及傳感器與PLC通訊。

本設計PLC另需要外接一個按鈕和一個傳感器。它們的IO分配及接線圖見下表2。

6 PLC程序設計

打磨工作站控制程序流程規劃，見圖3。

程序編寫

（1）主程序設計

程序從主程序開始，在程序段1調用自動FC塊，在程序段2調用手動FC塊。

用M0.4來進行自動和手動的選擇，并將M0.4與MCGS自動手動按鈕關聯。

（2）手動程序設計

在手動程序里，分別用M0.1調用機器人打磨程序，用M0.0調用機器人搬運程序，用M0.2調用機器人取件動作，用M0.5來控制夾緊氣缸。

其中M0.0與MCGS里的搬運按鈕關聯，M0.1與MCGS里的打磨按鈕關聯，M0.2與MCGS里的機器人取件按鈕關聯，M0.5與MCGS夾緊氣缸點動按鈕關聯。

（3）自動程序設計

（1）在程序段開始設計為系統啟動和系統停止互鎖。操作人員在自動模式下按下自動啟動按鈕，步驟號值被置為0。

（2）步驟號為0時，操作者將打磨工件安裝在打磨工裝上，按下氣缸夾緊按鈕，工件被夾緊，打磨傳感器檢測到產品，步驟號自加變為1。

（3）步驟號為1時，PLC發出機器人打磨信號，機器人打磨完后，步驟號自加變為2。

（4）步驟號為2時，PLC發出機器人取件信號，機器人切換抓手工裝將打磨工件進行取件動作，機器人取件完成后，步驟號為4。

（5）步驟號為4時，PLC發出機器人搬運信號，機器人搬運完后，步驟號為0，形成步驟循環，見圖4。

部分程序設計圖。

7 結語

論文簡要敘述了打磨工作站控制系統的設計過程，未來還有很多方面可以進行優化提升，可以從采用更先進的視覺傳感器和力覺傳感器，來實現復雜打磨工件的智能化打磨，可以預見未來的打磨控制系統將有更長遠的發展，PLC控制系統將更加智能化。

基金項目：武昌工學院課程聯動改革項目———機器人技術與應用課程模塊。

參考文獻：

[1]王寐.拋光打磨機器人控制系統的設計與實現[D].廣東工業大學，2017.