基于PLC的碼垛生產線控制程序設計與應用

魏新宇 李瑋

摘要：根據碼垛生產線控制系統的工藝和控制要求，設計了一種以西門子PLC和ABB工業機器人為核心的物料碼垛工作站，介紹了碼垛工作站的相應控制情況，設計了滿足控制要求的梯形圖程序和工業機器人程序設計，從而實現該工作站的運行，為同類控制的設計提供了技術借鑒以及推廣依據。

Abstract： According to the process and control requirements of the palletizing production line control system， a material palletizing workstation with Siemens PLC and ABB industrial robots as the core is designed， the corresponding control situation of the palletizing workstation is introduced， and the ladder diagram program that meets the control requirements is designed. And industrial robot program design， so as to realize the operation of the workstation， provide technical reference and promotion basis for the design of similar control.

關鍵詞：可編程邏輯控制器;系統運行;程序;工業機器人

Key words： PLC;system operation;program;industrial robot

中圖分類號：TH-39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0030-02

0? 引言

針對于金屬制造行業，金屬制品的生產和輸送以及人工碼垛效率低下的問題，而引入 PLC與工業機器人到傳統的生產線，實現生產線全自動化的現代化改造，保證高效、穩定的生產，減少人力成本的投入。要較好地實現對生產線的自動控制，則對相應的設備電氣控制就提出了較高的、較新的控制要求。

1? 控制系統方案

本文以方棒碼垛生產線為例，該生產線最主要的是碼垛工作站，完成將輸送輥上的物料送到成品輸送鏈上進行碼垛，系統硬件組成如圖1所示。該工作站是要以ABB工業機器人和西門子PLC為核心，其中工業機器人選用的是IRB460，實現物料的碼垛。而PLC選用S7-1200系列，主要完成該控制系統的物料傳送和物料對正，以及成品輸出鏈上的碼垛和步進傳動，另一方面PLC還要與工業機器人進行通訊，通知機器人完成取料等任務，再進行碼垛。而觸摸屏作為整個系統的人機界面窗口，時刻監控整個系統的運行當前狀態，還可在組態界面設定和修改相應碼垛工位的相關參數，例如夾取根數、碼垛層數等等。

整個系統的控制都圍繞著PLC，通過工業以太網或Profinet通訊來實現PLC與觸摸屏或其他設備的信號交互，實現與各遠程I/O站、機器人的信號交互以及來實現控制。通過相互建立通信，使得PLC可以接收外部的物料信息，依據物料信息和傳感器的信號，自動完成相應物料的碼垛工作，并實時將碼垛相關信息反饋給PLC。

2? 系統工作流程

整個系統的運行流程可以概括為：當工作站的安全門閉合、物料輥的物料根數大于或等于9根且完成物料的對正、成品輸送鏈上的碼垛盤無物料等前提下，這些信號通過PLC與工業機器人的通訊，收到這些信號后，工業機器人可以完成首次取料并完成碼垛功能。系統的工作流程如圖2所示。

3? 程序設計

3.1 PLC程序設計

在本工作站中，PLC 要控制系統進行自動送料和物料的對正。系統啟動后，機器人回到Home點，當第2輸送輥的整列電機工作、安全門閉合、步進鏈電機工作等條件下，機器人回到Home點，PLC通過輸送輥傳送的物料根數，檢測大于或等于設定根數，此時，PLC控制氣動回路的電磁換向閥，2個對正氣缸完成物料的對正，根據機器人的設定工作程序，2s后機械手的夾爪移動到指定物料所在的坐標位置，2s后夾緊且到達后限位，此時機械臂將物料搬運到成品鏈上的堆垛位指定坐標，PLC控制氣動回路的電磁換向閥，夾爪放松物料且到達前限位，就這樣始終循環程序，完成物料的碼垛且到達設定的物料層高，此時控制成品鏈的步進電機向前移動。

根據系統的控制要求，設計了控制系統的部分PLC程序，如圖3所示為工業機器人堆垛基本條件的PLC程序。

3.2 工業機器人的程序設計

當滿足啟動堆垛的基本條件，收到這些信號后，則工業機器人開始執行設定的程序，完成碼垛任務。其中該碼垛的程序主要分為這幾個部分，分別為主程序、初始化函數、取料函數、放料函數等等。由此，設計了幾個主要部分的工業機器人的程序。

①PROC? main（ ）為主程序部分，程序如下：

PROC main（ ）? ?聲明主程序

rInitAII;? ?初始化

WHILE TRUE DO? 循環結構，重復執行

IF DiBoxInPos = 1 THEN? 判斷工位條件，滿足執行

rPick;? ? ?調用堆垛取料程序

rPlace;? ? 調用堆垛放置程序

rPosition;? 調用堆垛層位置程序

ENDIF

ENDWHILE

ENDPROC

②PROC? rInitAII （ ）為初始化程序，主要是讓機器人復位以及回原點，程序如下：

PROC? rInitAII （ ）? ? 初始化程序

Reset? DoGrip;? ? ? ?復位夾爪

MoveJ? phome，v500，z30，Tool0;? ?回預設的原點

nCount：=1;? ?初始化物料計數的值為1

ENDPROC

③PROC? Pick （ ）為取料函數程序，完成機器人移動到設定位置將物料夾取，程序如下：

PROC? Pick （ ）? ?取料函數

MoveJ? Offs （pPick， 0， 0， 200） ， v500， fine， Tool0; 移動到取料位置上方 200mm 處

MoveL? pPick，v500，fine，Tool0;? ?移動到取料位置

Set? DoGrip;? ? 夾爪夾緊

WaitTime 2.0;? ? 延時2.0s

MoveJ? Offs（pPick， 0， 0， 300）， v500， fine，Tool0;

退出物料夾取的位置

ENDPROC

④PROC? Place （ ）為物料放置函數程序，機器人完成將夾取的物料設定的物料放置位置，程序如下：

PROC? Place （ ）? ?物料放置函數

MoveJ? Offs （pPlace， 0， 0， 300）， v500， fine，Tool0;? TCP的tool0移動到放置位置上方200mm處

MoveL? pPlace，v500，fine，tool0;? ?移動到設定的放置位置

Reset? DoGrip;? ?夾爪放松

WaitTime 1.0;? ? 延時1.0s

MoveJ? Offs （pPlace， 0， 0， 300）， v500， fine， Tool0;? ? 退出碼垛位置

nCount? ：= nCount + 1;? ? 物料計數加1

ENDPROC

4? 結語

在該方棒碼垛自動化生產線中，以碼垛工作站為核心的控制系統，在目前的方棒鋁合金生產線上已經投入使用，整個系統運行安全且可靠。由此，非常好的解決了在還未設計該工作站之前人工搬運碼垛的費時費力的工作情況，極大的改善了金屬制造行業在生產過程中所面臨的效率低下的問題。通過當前大量的投入使用，實踐證明，設計的碼垛工作站，可以充分滿足當前2條生產線同時進行碼垛作業，發揮出了機器人碼垛的最大性能，極大的提高了生產效率和產能，而且相比較人工碼垛，更加的可靠且性價比更高。由此，在人工成本更加昂貴的今天，碼垛工作站的使用具有更加廣闊的市場前景。

參考文獻：

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