曾新紅
（廣州航海學(xué)院 電氣工程系，廣東 廣州 510725）
摘 要：隨著自動(dòng)化程度的日益進(jìn)步，智能機(jī)器在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化過程中應(yīng)用日益普遍，智能制造生產(chǎn)工藝也日益受到人們的青睞。PLC 作為電氣控制系統(tǒng)中的核心器件，結(jié)合機(jī)器人控制已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，為現(xiàn)代生產(chǎn)提供了高效的生產(chǎn)率。文章介紹了利用三菱 PLC 控制機(jī)器人操作實(shí)現(xiàn)物品碼垛的設(shè)計(jì)過程。通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動(dòng)碼垛過程。
關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)器人；碼垛
引言
當(dāng)前，無論是從國外引進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，還是自行設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，普遍把可編程控制器作為控制系統(tǒng)的核心器件[1]。隨著工業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，智能制造生產(chǎn)工藝越來越受到人們的青睞。機(jī)械手作為最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、自動(dòng)化生產(chǎn)線等行業(yè)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三菱 PLC 和ABB120 六軸機(jī)械手實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線物品自動(dòng)碼垛過程。
1基于三菱 PLC 的機(jī)械手控制系統(tǒng)組成
機(jī)械手碼垛控制系統(tǒng)主要由 PLC、機(jī)械手、步進(jìn)電機(jī)、觸摸屏和空氣壓縮機(jī)等構(gòu)成。PLC 產(chǎn)生脈沖經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)皮帶輪運(yùn)轉(zhuǎn)。物品由皮帶輪輸送，到位后發(fā)出信號(hào)給機(jī)械手操作碼垛。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 3 個(gè)傳送帶分別輸送 1 號(hào)物品、2 號(hào)物品和 3 號(hào)物品，機(jī)械手按要求分別操作碼垛 3 組物品。3 組物品由倉庫移出時(shí)采用氣動(dòng)閥驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手抓取物品也由氣動(dòng)閥驅(qū)動(dòng)。所有的氣動(dòng)閥氣流均由一臺(tái)空壓機(jī)供給。圖 1 為控制系統(tǒng)組成圖。采用 ABB120 六軸機(jī)械手。
圖 1 中系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，機(jī)器人自動(dòng)碼垛控制系統(tǒng)以碼垛物料為控制目標(biāo)，搬運(yùn)的物料具有一定的規(guī)則形狀，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，物料首先從儲(chǔ)物架按一定順序下落，檢測(cè)有物料過來時(shí)，PLC 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪運(yùn)送物料，待到指定位置后，機(jī)器人通過搬運(yùn)夾具把物料從皮帶末端搬運(yùn)到碼 垛平臺(tái)上。第一階段為在 1 號(hào)位將方形小箱體碼垛成 4×3×2 的椎體垛狀。
完成碼垛要求后，自動(dòng)進(jìn)入下一步 2號(hào)位碼垛工作，將物料箱體碼垛成所需形狀。碼垛完成后再自動(dòng)進(jìn)入 3 號(hào)位碼垛工作，形狀設(shè)計(jì)按需所置，直至便發(fā)生燈光報(bào)警，并停止所有操作，直至所有物料搬完，為一個(gè)工作流程。機(jī)械手的夾物松緊采用氣壓式驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由氣缸、氣閥、氣罐和空壓機(jī)組成，其特點(diǎn)是氣源方便、動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、維修方便。圖 2 為三菱 PLC 外圍接線圖。
2 PLC 選型與程序設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)系統(tǒng)根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的需求，選取 FX3UC- 32MT（16 輸入/16 輸出）來控制步進(jìn)電機(jī)和電磁閥以及與機(jī)器人信號(hào)交互。
根據(jù)系統(tǒng)控制要求，結(jié)合機(jī)械手碼垛控制，設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)的 PLC 程序，由于 1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)位順序執(zhí)行碼垛，所以程序中設(shè)置相互互鎖，同時(shí)為了安全操作，在機(jī)械手運(yùn)行時(shí)，設(shè)置了光膜檢測(cè)報(bào)警，只要有人進(jìn)入工作區(qū)域，便發(fā)生燈光報(bào)警，并停止所有操作，直至按復(fù)位按鈕后，程序繼續(xù)運(yùn)行。
3 機(jī)械手程序設(shè)計(jì)
在編輯器中，首先要定義好抓取點(diǎn)和碼垛點(diǎn)后，按預(yù)置的碼垛順序要求編程。本設(shè)計(jì)程序中 1 號(hào)物就緒信號(hào)輸入點(diǎn)為 Id1，2 號(hào)物就緒信號(hào)輸入點(diǎn)為 Id2，3 號(hào)物就緒信號(hào)輸入點(diǎn)為 Id4，碼垛完成就緒信號(hào)輸出為 io3。注意在機(jī)器人編程時(shí)先設(shè)置慢速調(diào)試，達(dá)到要求后再提高運(yùn)
行速度。
4 觸摸屏界面設(shè)計(jì)
通過觸摸屏控制可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)置參數(shù)。設(shè)置傳送帶的運(yùn)行速度和料倉存儲(chǔ)個(gè)數(shù)以及報(bào)警指示等功能。觸摸屏畫面如圖 3 所示。通過觸摸屏啟動(dòng)自動(dòng)按鈕，再 按啟動(dòng)按鈕，機(jī)器人能按預(yù)定設(shè)計(jì)完成整個(gè)碼垛過程。
5 系統(tǒng)調(diào)試
PLC 程序、機(jī)械手運(yùn)行程序及監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)好之后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)能
按要求運(yùn)行，達(dá)到預(yù)期。
6 結(jié)束語
采用三菱 PLC 和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)設(shè)計(jì)的自動(dòng)碼垛控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后按要求運(yùn)行、控制可靠，性能優(yōu)越。系統(tǒng)不僅能對(duì)物品進(jìn)行自動(dòng)碼垛，而且能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，性能穩(wěn)定可靠。為自動(dòng)化生產(chǎn)工藝的實(shí)現(xiàn)提供一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
[1]鄧三鵬，周旺發(fā)，等.ABB 工業(yè)機(jī)器人編程與操作[M].機(jī)械工業(yè) 出版社，2019. [2]李晶，林耿新，等.組態(tài)王軟件在電氣工程中的應(yīng)用[J].三江高 教，2014(02):49-53.
[3]FX3U 手冊(cè)[Z].網(wǎng)絡(luò)下載文檔.
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