基于歐姆龍PLC 的參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)程序開(kāi)發(fā)

溫信子

（廣東省機(jī)械技師學(xué)院，廣東 廣州 510450）

汽車(chē)零部件設(shè)備種類(lèi)繁多，本次程序開(kāi)發(fā)主要是針對(duì)汽車(chē)的座椅、輪罩、前后縱梁、副車(chē)架等焊接類(lèi)（電阻焊或氣保焊）的設(shè)備。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)零件的不同以及應(yīng)用工藝的不同開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)PLC 功能塊，對(duì)應(yīng)不同工藝要求控制標(biāo)準(zhǔn)程序。通過(guò)畫(huà)面配方參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)不同車(chē)型導(dǎo)入免調(diào)試功能，導(dǎo)入車(chē)型只需按照氣路動(dòng)作時(shí)序輸入配方參數(shù)即可，可使設(shè)計(jì)時(shí)間和調(diào)試時(shí)間縮短一半以上。

1 方案可行性分析

首先需要了解設(shè)備零件生產(chǎn)工藝流程，提取過(guò)程動(dòng)作的重要步驟，然后分析設(shè)備中不同車(chē)型的固定部分和可變部分，比如線體的機(jī)器人是固定的，工位數(shù)量是固定的；夾具、抓手的工具號(hào)識(shí)別，夾具的氣路、使用到的電磁閥數(shù)量、工件感應(yīng)器數(shù)量等是可變的[1]。固定的設(shè)備開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)功能程序控制塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，把可變部分的工藝定義成參數(shù)形式，通過(guò)不同的參數(shù)值和讀取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)值進(jìn)行比較，來(lái)區(qū)分不同車(chē)型的工藝，工裝夾具情況如圖1所示。

圖1 工裝夾具示意圖

2 硬件設(shè)計(jì)要求

夾具I/O 信號(hào)使用通信式總線型閥島或者帶通信的模塊，模塊接入順序?yàn)椋旱? 路氣氣缸的磁性開(kāi)關(guān)需按順序接入（中間不允許留空），第2 路氣氣缸的磁性開(kāi)關(guān)緊接著第1 路氣的磁性開(kāi)關(guān)往下接，以此類(lèi)推（中間不允許留空），全部用Y 型接頭，序號(hào)小的感應(yīng)器要接到小的信號(hào)點(diǎn)[2]。接近開(kāi)關(guān)也按順序接入模塊，全部用Y 型接頭，序號(hào)小的感應(yīng)器也要接到小的信號(hào)點(diǎn)[3]。

舉例：夾具有3 個(gè)閥VA1、VA2、VA3，它們帶的氣缸數(shù)分別是2 個(gè)氣缸、1 個(gè)氣缸、1 個(gè)氣缸，接近開(kāi)關(guān)數(shù)量3 個(gè)，夾具的連接如圖2 所示。

圖2 夾具的連接

3 配方程序開(kāi)發(fā)實(shí)施過(guò)程

3.1 配方數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與讀取方式

由于CJ 系列歐姆龍PLC 每個(gè)內(nèi)存都是有實(shí)際地址的[4]，所以要確定好配方數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址，為一個(gè)車(chē)型預(yù)留300 個(gè)字的存儲(chǔ)空間。而HMI 一個(gè)頁(yè)面所能設(shè)置的參數(shù)個(gè)數(shù)為48 個(gè)，定義參數(shù)設(shè)置區(qū)域地址為d8500～d8548，車(chē)型參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)從擴(kuò)展區(qū)E0_0 開(kāi)始，車(chē)型種類(lèi)號(hào)為1～99，設(shè)定為X。假設(shè)這個(gè)存儲(chǔ)的起始地址數(shù)據(jù)存入D8034 中，那么存儲(chǔ)的起始地址就是用車(chē)種號(hào)乘以300 再加上#8000（D8034=X*300+#8000）。加#8000 的目的是把地址定位到擴(kuò)展區(qū)E0 開(kāi)始，即D8034 內(nèi)的數(shù)值為指針?biāo)肝恢谩＠畿?chē)種號(hào)為1 時(shí)，參數(shù)存儲(chǔ)地址為E0_300～E0_599，車(chē)種號(hào)為2 時(shí)，參數(shù)存儲(chǔ)地址為E0_600～E0_899

存儲(chǔ)地址的計(jì)算方式明確以后，將首地址的計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)到一個(gè)中間地址當(dāng)中，作為指針的指向地址[5]。假設(shè)首地址是D8034，由于觸摸屏頁(yè)面單頁(yè)能顯示的參數(shù)有限，比如一個(gè)頁(yè)面能夠設(shè)置48 個(gè)參數(shù)，參數(shù)表詳情如圖3 所示，那么一次就只能設(shè)置48個(gè)字的數(shù)據(jù)，如此一來(lái)，每個(gè)觸摸屏頁(yè)面都將有一個(gè)首地址出現(xiàn)。把這個(gè)首地址存入D8021 中，設(shè)定X 為參數(shù)設(shè)定頁(yè)面數(shù)，D8021=（X-1）*48。第1 頁(yè)即X=1時(shí)，D8021 內(nèi)的數(shù)值是0；第2 頁(yè)即X=2 時(shí)，D8021 中的數(shù)據(jù)是48。

圖3 參數(shù)表

接下來(lái)，把車(chē)型首地址D8034+HMI 指向首地址D8021 得到的結(jié)果存入D8036 中，D8036 所指向的地址就是當(dāng)前HMI 參數(shù)頁(yè)面所要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的首地址[6]。當(dāng)按下存儲(chǔ)按鈕時(shí)，就會(huì)把相對(duì)應(yīng)的48 個(gè)字的數(shù)據(jù)傳送到D8036 所指向的實(shí)際地址當(dāng)中。具體的參數(shù)設(shè)置如圖4 所示，D8500 為HMI 參數(shù)設(shè)定地址的首位，D8036 內(nèi)部的數(shù)值（33068）為參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)的首位，一次傳送48個(gè)字。

圖4 參數(shù)設(shè)置

配方數(shù)據(jù)的調(diào)用方式與存儲(chǔ)方式幾乎一致，唯一的區(qū)別在于，用于HMI 顯示時(shí)，是與存儲(chǔ)方式一致，而當(dāng)用于程序內(nèi)部邏輯時(shí)，只需要讀取一次，例如尋址到首地址后，一次性把300 個(gè)字全部讀取出來(lái)即可，無(wú)需指定HMI首頁(yè)地址[7]。

3.2 參數(shù)的設(shè)置方式與使用方法

3.2.1 夾具氣路的設(shè)置和使用方法

由于夾具每路氣所帶氣缸數(shù)變化較大，所以要事先在程序里按車(chē)型寫(xiě)好氣路程序，氣路程序（部分）如圖5 所示。假設(shè)定義字“W22”為氣路識(shí)別字，具體分配如圖6所示。

圖6 分配圖

假設(shè)在工藝上，夾具兩路氣都打開(kāi)的狀態(tài)為原點(diǎn)狀態(tài)，那么參數(shù)設(shè)置中“夾具原點(diǎn)狀態(tài)”這一項(xiàng)所要設(shè)置的值就為“A”。例如夾具只有兩路氣，且都是打開(kāi)狀態(tài)，即只有W22.01 和W22.03 的信號(hào)為ON，此時(shí)直接讀取字“W22”在16 進(jìn)制狀態(tài)下的數(shù)值為“A”。

如此一來(lái)，使用參數(shù)設(shè)定值與夾具實(shí)時(shí)值做比較，當(dāng)相等時(shí)，程序判定此時(shí)夾具處在原點(diǎn)狀態(tài)，如圖7 所示。同理，例如夾具兩路氣都夾緊的狀態(tài)為焊接位，W22.00 和W22.02 的信號(hào)應(yīng)當(dāng)為ON，計(jì)算16進(jìn)制“W22”的值為5，那么夾具夾緊機(jī)器人進(jìn)行焊接位置的參數(shù)設(shè)置值就應(yīng)該為5。

圖7 原點(diǎn)狀態(tài)

3.2.2 感應(yīng)器的設(shè)置和使用方法

假設(shè)W23為感應(yīng)器實(shí)際地址，那么W23的16個(gè)位對(duì)應(yīng)16個(gè)感應(yīng)器狀態(tài)，感應(yīng)狀態(tài)具體定義如圖8所示。

圖8 感應(yīng)狀態(tài)

當(dāng)感應(yīng)器有信號(hào)以后，也會(huì)得到一組數(shù)據(jù)，假設(shè)工藝為上件完成以后，PPX1、PPX3、PPX5 有信號(hào)。那么“W23”在16 進(jìn)制狀態(tài)下的數(shù)值為“15”，狀態(tài)圖如圖9 所示。代表程序條件為“當(dāng)‘W23’等于#15”的時(shí)候，放件全部到位[8]。

圖9 狀態(tài)圖

感應(yīng)器狀態(tài)的參數(shù)設(shè)定也是以相同的方式得到，假設(shè)工藝設(shè)定從PPX1 到PPX6 全部感應(yīng)到時(shí)，認(rèn)為所有工件到位，那么對(duì)應(yīng)的參數(shù)設(shè)置值為“3F”。

3.3 夾具電磁閥驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置和使用方法

假設(shè)“W24”為驅(qū)動(dòng)電磁閥的輸出地址，具體定義如圖10 所示。W24.00 為ON、W24.01 為OFF 時(shí)，驅(qū)動(dòng)第1 路氣氣缸打開(kāi)，反之驅(qū)動(dòng)第1路氣氣缸夾緊。

當(dāng)需要控制夾具氣路動(dòng)作時(shí)[9]，只需要給“W24”相應(yīng)的賦值就可以了。氣路動(dòng)作參數(shù)的設(shè)置也是依此而來(lái)，例如，夾具動(dòng)作步驟的第3 步要把夾具夾緊到焊接位置，1、2、3 路氣全部夾緊；夾具動(dòng)作步驟第5 步要把夾具打開(kāi)到抓件位置，1、2、3 路氣全部打開(kāi)。那么參數(shù)“夾具夾緊”的設(shè)置值應(yīng)為“2A”，具體的閥島輸出夾緊參數(shù)如圖11 所示；參數(shù)“夾具打開(kāi)”的設(shè)置值應(yīng)為“15”，具體的閥島輸出打開(kāi)參數(shù)如圖12 所示。此時(shí)，程序只要在夾具動(dòng)作第3 步時(shí)，把參數(shù)“夾具夾緊”的設(shè)置值傳送給“W24”；在夾具動(dòng)作第5 步時(shí)，再把參數(shù)“夾具打開(kāi)”的設(shè)置值傳送給“W24”，就可以實(shí)現(xiàn)夾具動(dòng)作控制了。

圖11 閥島輸出夾緊參數(shù)

圖12 閥島輸出打開(kāi)參數(shù)

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行程序標(biāo)準(zhǔn)化和配方參數(shù)化，使程序精煉簡(jiǎn)潔。無(wú)論設(shè)備有多少種車(chē)型，只需要輸入?yún)?shù)就可以完成，無(wú)需每個(gè)車(chē)型重新設(shè)計(jì)程序[10]。

在程序設(shè)計(jì)交付質(zhì)量上做到穩(wěn)定可靠，停機(jī)率大幅下降，利于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)；在設(shè)計(jì)時(shí)間和人工成本上縮減294 h 設(shè)計(jì)調(diào)試工時(shí)（具體如表1 所示），能夠創(chuàng)造巨大收益。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，電氣程序設(shè)計(jì)交期大大縮短，由原來(lái)的3 周縮短至3 天，在多車(chē)型設(shè)備應(yīng)用中，導(dǎo)入車(chē)型夾具動(dòng)作編程調(diào)試只需4 h，為項(xiàng)目快速交付提供巨大助力。

表1 節(jié)省工時(shí)數(shù)據(jù)表