淺談智能制造專業實訓教學設計

王澤良

【摘要】智能制造是一門新興的技術，本文重點探討了智能制造實訓教學的原則技巧和方案。

【關鍵詞】智能制造;機器人;PLC

一、設備通訊與網絡搭建

1、博途軟件組態

首先把所有設備鏈路打通，通過網線把機床，機器人，計算機等設備連接到局域網中，并設置IP地址在同一個子網，比如都是192.168.8.X，然后軟件中添加PLC型號，和HMI觸屏型號，組態的網絡中把PLC和HMI連接起來。

2、數據塊與變量定義

實訓教學中，把完整加工流程分成各個單獨功能實訓模塊，先局部檢測，再綜合考核。其中通訊中的數據塊和變量定義必須依據三個變量表，MES與PLC變量表、PLC IO信號表、機器人與PLC通訊變量表。數據塊必須取消優化的塊訪問復選框。ROB數據塊由16個INT數據類型的R讀數組，和16個INT數據類型的W寫數組組成。MES數據塊分為1-60個INT類型的D數組，1-32個BOOL類型的L數組，DINT和INT預留字段，CX數組由2個16位BOOL類型組成。再相隔DINT和INT預留字段，然后是1-30個 料倉數據，每個料倉由1-4個INT類型數組。

3、通訊程序設計

PLC程序編寫是實訓課程重點內容，MODBUS TCP模塊，需要設置開放式用戶通信版本號。PLC與機器人通訊，機器人作為服務端，需要在機器人示教器上設置IP地址和端口號，PLC程序中使用兩個CLIENT塊，并設置通訊參數分別作為讀和寫。PLC與MES上位機軟件通訊，PLC端作為服務端，程序中使用SERVER塊，并設置通訊ID以及數據塊轉存通訊數據。通過程序把IO引腳ID8傳送到MES數據塊DB2.DBD120絕對位置，實現30個料倉有無料的檢測功能顯示到上位機MES軟件上。從ROB.R[1]開始7個數據傳送到MES數據塊MES.D[45]實現機器人關節坐標數據顯示到上位機MES軟件上。

二、PLC總控編程

1、PLC控制機床程序設計

實訓中機床加工是有危險的，采用PLC自動控制更是容易出現機器人撞壞機床安全門的可能，以及機床卡盤未松開導致機器人手抓撞壞的情況。教學中設計PLC觸屏手動控制功能，設計按鈕按下對應變量置位，松開變量復位，PLC程序以該變量常開條件控制IO信號。系統試運行前必須驗證程序正確性安全性，通過機器人空爪，或者機床不聯機，設備互鎖等方式保障安全，并且要求教師掌控機器人示教器，控制運行速度20%以內，能隨時急停和中斷程序自動運行。

加工完成信號下降沿狀態，數據塊MES.D[53]置1告知上位機MES系統加工完成，然后清除加工信號，在倉庫上料完成后，再把數據塊MES.D[53]清零。

教學設計中，項目執行流程是，機器人向總控PLC申請對機床操作卡盤的松緊以及安全門的開關和清潔吹氣的時間控制操作。PLC收到請求通過檢查機床IO輸入引腳狀態， 再通過IO輸出信號控制機床執行，完成機器人的請求。通過操作面板聯機旋鈕i0.4信號，PLC輸出信號Q2.0與Q4.0控制聯機機床設備。

上位機訂單功能對應PLC程序設計：MES軟件功能按鈕，產線開啟，停止，復位命令與PLC三次握手，通過MES.D[1]數據塊不為0為條件，移動MES.D[1]數據到MES.D[31]，每次下降沿，再次移動MES.D[1]數據到MES.D[31]實現MES與PLC交互;上位機軟件的訂單啟動，會固定發送102命令碼給PLC，對應的PLC程序設計中，檢測MES.D[1]數據是否102為條件，把MES.D[2]開始的3個數據傳送到MES.D[32]處，再根據傳送值確定機床和銑床，針對不同設備把上料號、下料號、設備號等數據傳送給機器人和上位機MES軟件;上位機的訂單節點需要收到PLC完成信號，才能繼續后面的流程，所以PLC需要等待機器人完成指定搬運后的反饋信號，給MES軟件發送202完成信號，并在機床上料完成后，使用IO輸出信號Q2.1和Q4.1啟動車床或者銑床加工。并在三次握手后，確認MES收到信號后清除202碼的發送。

2、PLC觸屏控制機器人單機上下料

實訓中上位機通過訂單指揮機器人搬運，在之前需要確認機器人程序正確性與安全性。所以在PLC觸屏輸入上料位、下料位、設備號從而啟動機器人實現搬運，分別倉庫到車床，車床到倉庫，倉庫到銑床，銑床到倉庫，銑床到車床。但是不能一直發送這三個數據給機器人，否則機器人會重復執行命令，因此單機搬運需要當機器人處于忙狀態時候，清除指令數據。而MES軟件訂單指令，也需要在機器人完成車床和銑床上下料以及倉庫上料完成的時候清除上料號、下料號、設備號這三個數據。

3、PLC控制機器人讀寫RFID

實訓系統中RFID通訊需要MODBUS（RTU）模塊，其中"Modbus_Comm_Load_DB"模塊用于設置串口端口和波特率以及交互數據塊地址，另外兩個"Modbus_Master_DB"數據塊，分別對應RFID讀寫功能。為了保證每次讀寫完成后，才能進行下一次的讀寫，需要定義READ_OK，WRITE_OK兩個變量確定完成與否，用于交互數據的RFID_DB數據塊結構是2個BYTE，2個WORD，四個INT，1個WORD，除去具體交互的四個INT變量，其他變量初始值分別是2，3，0，8，0。

三、機器人搬運編程

機器人實訓教學，主要是各關節位置數據確定，以及運動邏輯處理。首先掌握基本指令語法，循環、條件判定等邏輯，主程序設計分為上料、下料、換料，三個功能條件處理模塊。由上料號下料號設備號數值的不同組合確定。不同功能由一系列子程序調用構成。子程序分別是取爪、放爪、倉庫取、倉庫放、車床放、車床取、銑床放、銑床取、單個倉位盤點、30個倉位循環盤點，還有USR_PLC.LIB程序對變量和寄存器進行關聯。

三、結語

實訓教學設計以安全第一為基礎，盡量拆分成足夠細的功能模塊，不同模塊的實訓項目，組合成不同的實訓課題，最終實現智能加工，生產出合格的產品。

參考文獻：

[1] 智能制造是由大變強的主攻方向[N]. 胡春民.? 中國電子報. 2015-06-05 （001）

[2] 打造智能制造新高地要精準施策[N]. 知新.? 西江日報. 2020-08-20 （005）