基于三菱PLC的機器人加工單元控制研究

郭文娟

（南京技師學院，江蘇 南京 210023）

0 引言

為了滿足國家經濟發展需求，國內工業領域需要朝自動化方向發展，這樣能夠突破以往人工生產的人力局限性影響，并且提高生產流程及產品質量的穩定性，故經過多年研發，我國已經實現了工業自動化生產，其中關鍵技術就是PLC。PLC是一種可儲存編寫程序，并根據編寫程序進行自動運作的邏輯控制器。在工業生產中其相當于控制執行端，能夠根據已經編寫好的程序邏輯對生產設備進行控制，由此實現自動化生產。從這一角度出發，要如何發揮PLC作用來控制機器人加工單元就成了一項值得思考的問題，有必要對此展開相關研究[1]。

1 機器人加工單元設計

1.1 機器人選型

本文以七軸搬運機器人為例展開設計，該機器人的特點為：第一，因為機器人采用了七軸結構，所以能夠做出更加復雜、繁瑣的動作，相比于普遍的六軸結構，能夠在更為復雜的環境中運作，即六軸結構的機器人無法應用于狹小空間，或者是存在大量障礙物的環境中，但七軸機器人可以。同時該機器人安裝形式多種多樣，有吊掛式、壁掛式、傾斜式等，且不同形式內部均配有伺服電動機驅動工具接線，不會與周邊設備發生沖突，因此布局應用非常方便；第二，該機器人是為了應對復雜環境而開發出來的產品，因此具有很強的環境適應性，即該機器人除了能夠在復雜空間環境下順利作業以外，還能抵御一些惡劣環境因素的干擾，如機器人主機、活動手腕等關節處的防塵、防水規格都達到了IP67水準，說明環境因素很難導致其出現異常[2]。

1.2 加工單元功能設計

圍繞七軸搬運機器人，其加工單元功能設計結果見表1（因為本文主要論述的是加工單元控制，所以不對加工單元本身的功能設計過程進行介紹）。

表1 加工單元功能設計結果

1.3 操作流程設計

本文中機器人的操作流程共分三個步驟：第一，系統上電，主要打開壓縮空氣進氣閥，確認外部電源無異常、分項電源保護開關處于合閘狀態后，對PLC總控制柜的電源開關進行合閘操作，讓機器人啟動。完成后需要在操作面板上旋轉電源安全，使其進入“接入”位置，完成系統上電，同時機器人觸屏自動開啟，并且開始自檢，如果存在異常會發出報警，人工處理后點擊“復位”鍵即可；第二，系統循環啟動和停止，因為系統剛上電之后處于初始化狀態，觸屏中的初始化指示燈常亮，所以機器人處于原工位，搬運抓手是松動狀態，整體并未啟動，故為了讓機器人開始循環搬運，需要在上料位置放搬運目標，并保證下料位置沒有搬運目標，這時點擊觸屏上的“循環作業”按鍵，并選擇循環流程（基本流程為：確認機床狀態→上料搬運→向下料工位移動→放開抓手卸料→回到上料工位），當系統確認一切條件準備就緒，可以開始循環運作后，“許可”指示燈亮起，人工點擊“確認”按鍵即可。人工選擇“確認”按鍵的同時，“停止”按鍵亮起，如果需要停止點擊即可，點擊后機器人會停滯于當前狀態，若需要復位，則可以繼續點擊“復位”按鍵；第三，異常后的再啟動，即機器人帶有斷電保護功能，如果在運作中遇到了異常會發出警報，同時進行斷電保護，這時需要再次啟動機器人，過程中需要先人工確認故障是否已經被排除，即如果是物理性故障，類似于機械手臂被其他物體阻擋無法移動，可以通過肉眼去判斷，但如果是系統內部故障，如電源異常，就要根據系統給出的報警信息做判斷，當確認故障確實被完全排除，可以長按“循環作業”按鍵來恢復系統，同時出于對操作人員安全的考慮，為防止故障反復下的安全風險爆發，人工長按“循環作業”按鍵后要做好按“急停”按鍵的準備，一旦發現異常迅速按下該按鍵。

2 三菱PLC單元控制及電氣系統的設計方法

2.1 單元控制設計

本文主要選擇了MITUBUSHI（三菱）Q06UDEHCPU系列的PLC，其配有FL-NET、CC-Link通信模塊，其中前者能夠讓PLC與機床連接，系統中其專門服務于PLC與機床通信，而后者則用于電源以外其他所有安全信號的連接，如PLC與所有開關、網絡信號端等。為了實現控制，借助CC-Link實現了PLC與網絡的連接，而后在網絡環境中開發控制系統，系統具有實時、開放、完整的特性，通信延時為0.1s，采用現場總線技術將現場所有信號端集中，再通過網絡實現信號端與控制系統的連接，人工可以在控制終端進入系統控制面板，在面板中能夠設定相關指令，并且進行PLC編程[3]。

PLC編程中本文主要選擇了GX Works2，它是三菱電機最近推出的PLC編程軟件，應用比較簡便，同時與三菱PLC完美契合，不僅可以用于編程開發，還能進行方針測試與調試[4]。借助GX Works2軟件，本文主要遵從六大原則展開編程設計：①按照順序執行沿著設計PLC梯形圖，要求程序符合從左至右、從上到下的順序；②PLC線圈輸出方面，必須讓線圈與梯形圖中的左右母線有邏輯聯系，這樣才能實現邏輯執行動作，線圈需要處于左右母線之間；③PLC梯形圖的每一個邏輯程序都必須從左側母線開始，借助觸點連接，需要在線圈處或右側母線處接觸，同時這種條件下左側總線要與線圈保持直接聯系，而右側總線不能與線圈存在聯系；④要根據現實情況確認PLC線圈邏輯輸出次數，即一般情況下每個PLC程序中只允許使用一次線圈，但特殊情況下需要使用兩次，如PLC程序中存在跳轉、步進指令，那么在規則上允許進行兩次線圈輸出，設計中必須區分具體情況，避免線圈設計錯誤；⑤PLC梯形圖中的串聯、并聯觸點數量雖然不受限，但必須合理；⑥要根據實際情況并行輸出兩個或三個PLC線圈。依照以上要點，本文完成了PLC加工單元控制設計，其主要控制邏輯見表2。

表2 PLC 主要控制邏輯

完成加工單元設計后需要進行PLC系統設置，此處同樣借助GX Works2軟件，進入其操作界面之后選擇上方的“工程”按鈕，此時會生成新的對話框，在其內部點擊“新建工程”，然后選擇控制器類型、PLC機型、工程類型、程序語言等。一切準備就緒后，點擊左側的PLC參數設置，根據現實要求對定時器時限、模塊同步等相關參數進行設置即可。值得注意的是，在系統參數設置中需要重視I/O分配設置，其設置結果直接影響到機器人運作質量，故為了做好I/O分配設置，設計人員要嚴格依照相關規則展開工作，規則具體內容見表3。

表3 I/O 分配設置的具體規則

2.2 電氣系統設計

為支撐PLC機器人加工單元控制運作，需要對其進行電氣系統設計，其中電氣系統應當包括PLC主站、工業交換機（MOXA EDS-205A）、外部人機界面（GOT2710-VTBD）支路、PLC主站與加工中心支路、PLC與5個遠程站支路。

3 結語

綜上，三菱PLC的性能良好、功能齊全，可用于機器人加工單元控制，但為了發揮其全部作用，工作人員需要先了解機器人的特點以及待控制加工單元的具體情況，然后根據情況展開PLC加工單元控制設計，生成控制系統即可。另外，在進行PLC加工單元控制設計的同時，要注意電氣系統設計工作，該項工作雖然簡單，但非常重要。