基于多控制器集成的激光焊接机器人的PLC控制.pdf

2 0 1 4年 5月 第 4 2卷 第9期 机床与液压 MACHI NE T00L ＆ HYDRAUL I CS Ma v 2 01 4 V0 1 ． 4 2 No ． 9 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 9 ． 0 1 5 基于多控制器集成的激光焊接机器人 的 P L C控制 余 纬 ，张 日升 中国工程物理研 究院机械制造工艺研究所 ，四川绵阳 6 2 1 9 0 0 摘要介绍了激光焊接机器人的控制系统，该系统集成了多个不同种类的控制器 ，通过建立分层递阶智能原理结构的 控制系统，进行 P L C、机器人主处理器及其他控制器之间的实时信息互通 ，完成了模块化、相对独立的 P L C软件设计，实 现了多控制器集成下的机器人 P L C控制。 关键词总线；数控系统；地址 ；通讯 中图分类号 T P 2 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1{ 2 0 1 4 9 0 5 6 3 PLC Co n t r o l o f La s e r W e l d i n g Ro b o t Ba s e d o n M u l t i p i e Co n t r o l l e r s I nt e g r a t e d YU W e i ， ZHANG Ri s h e n g I n s t i t u t e o f Ma c h i n e r y Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y ，C h i n a A c a d e m y o f E n g i n e e r i n g P h y s i c s ， Mi a n y a n g S i c h u a n 6 2 1 9 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Th e c o n t r o l s y s t e m o f a l a s e r w e l d i n g r o b o t wa s i n t r o d u c e d ，a n d i t w a s i n t e g r a t e d wi t h a p l u r ali t y o f d i f f e r e n t k i n d s o f c o n t r o l l e r s ．T h r o u g h t h e e s t a b l i s h me n t o f c o n t r o l s y s t e m o f i n t e l l i g e n t h i e r a r c h i c a l p rin c i p l e s t r u c t u r e ，t h e r e a l t i me i n f o r ma t i o n e x c h a n g e b e t we e n P L C，r o b o t ma i n p r o c e s s o r a n d o t h e r c o n t r o l l e r s w e r e r e ali z e d，a n d t h e mo d u l a r a n d r e l a t i v e l y i n d e p e n d e n t P L C s o ft w a r e d e s i g n w e r e c o mp l e t e d ．T h e r o b o t P L C c o n t r o l o f i n t e g r a t e d p l u r a l i t y o f c o n t r o l l e r s i s r e a l i z e d ． Ke y wo r d s B u s ；Nu me ric a l c o n t r o l s y s t e m ；Ad d r e s s ；Co mmu n i c a t i o n 激 光焊接 机器人 广泛应 用于汽车 、轮船 、机械加 工等行业，作者单位研制的具有 自主知识产权的高功 率全固态激光焊接机器人 ，以六 自由度机器人为核 心，由激光器、激光传输光纤耦合、焊缝跟踪 、制冷 机 、中央监控平板电脑 、两轴变位工作台、激光焊接 ／ 切割头 、C C D图像 监视 、焊 接保 护／ 切割辅 助气 路 、 电气控制等子系统 有机集 成 ，其 中机器 人 、激 光器 、 焊缝跟踪和制冷机都有单独的控制器 ，而且控制器多 样 ，这些多控制器之间的实时通讯和协调控制都通过 P L C完成 。 1 机器人主体结构 选用机器人为首 钢 MO T O M．A N的 H P 2 0型通用机 器人，主控单元是高性能的 N X 1 0 0控制器，6自由度 的伺服控制 由一个驱动单元供带 6轴的交流伺服单 元 ，扩展了2个外部工装轴，由绝对值串行编码器进 行位置测量，内部轴与外部轴可实现独立或同步协调 控制，机器人主体结构示意图见图1 。 轴 图 1 机器人主体结构示意图 2多控制器集成的 P L C控制 2 ． 1 P L C的功能要 求 根据不同的加工工艺和控制需求，P L C程序用于 收稿 日期 2 0 1 3一 o 4一l 7 作者简介余纬 1 9 6 8 一 ，本科，高级工程师，研究方向为数控技术。Em a i l y w _ 9 6 0 8 1 6 3 ． c o rn。 第 9期 余纬 等基于多控制器集成的激光焊接机器人的 P L C控制 5 7 实现整个激光加工系统的一体化协调控制 ，实现对 安全控制 、激光器、气路 、机器人、焊缝跟踪等子 系统的过程量控制 ，并具有完善的报警触发和信息 显示功 能。 2 ． 2 P L C控 制 网络 结 构 以 N X 1 0 0控制器内部集成的 P L C作为控制核心， 通过 P L C与N X 1 0 0主处理器的固定接口信号实现加工 状态监控和应答 ，通过数字和模拟接 口与其 他子系统 控制器实现信息交互，完成对安全控制、气路、制冷 等外围系统的控制，其中P L C接口信号总图见图2 。 处理部分 l l l l 鉴 尝 { 歪 } 处 理 部 分 雾 二 藤 一 1 l 数 区 一 1 系 统 妻 标志位区 1 ／ O 梯 形 图 程 序 3XX XX 2XX XX 图2 P L C接口信号总图 整个控制 系统 采用 分层 递 阶智 能原 理结 构 的设 计 ，P L C作为 用户 层 的一部 分 ，构 成 的 P L C控制 原 理见图3 ，其中通过一台数字和模拟 I ／ O口转换以太 网 口的通讯控制器与激光器的工控计算机传 输指令 及 状态 ，通过数 字 和模 拟 I ／ 0 口与 焊缝 跟 踪 系统控 制 器、制冷机的 P L C传输控制信号，通过 R S 2 3 2串 口 与中央监控系统计算机互通信息 。 用 户 层 控 制 层 设 各 层 图 3 P L C控制原理 图 0 2 2 6 6 2 0 2 2 7 0 2 2 8 0 2 2 9 0 2 3 0 S TR AND AND NOT AND N0T P L F 因 N X 1 0 0控制 器 的 P L C输 入输 出信号标 配专 用 1 7输入／ 3输 出、通用 4 0输 入／ 4 0输 出，在 子系统 较 多的情况 下 ，扩展了 4 0输入／ 4 0输 出。 3 P L C用户软件开发 依据 常用 P L C工 程软 件项 目的瀑 布模 型 开发 形 式，结合独立性公理和信息最小公理的设计理念 ，以 语句表或梯形 图作为开发方式 ，设计过程 中保持 功能 需求相对独立 ，信息含量最小的设计使影响因素更 少 、成功率最高 ，尽量避免了在单纯的瀑布模型开发 模式下，阶段间存在严格． 的顺序且相互依存，因工程 需求在编程之初并不完全明确，常常造成软件设计阶 。段 的反复 ，设计迭代过程导致大量重复编程 的问题 。 鉴于该P L C的功能特殊性 ，不改变系统 P L C程 序和用户 P L C程序的原有方式 ，系统 P L C程序部分 已经预先 提供 了机器人控制的一些标准程序 ，主要完 成通用机器人工作 的一些 必要功 能 ，基本 不作 改动 ， 以下主要针 对用 户 P L C程 序部 分进行 适 用于 激光 加 工的开发 ，程序结构见图 4 。 PLC程 序 系 簪 程 序 用 户 - 口 程 序 墨 墨 窒 竺 兰 f 机 器人 及变 位 机控 制 激 光器 控 制 气 路控 制 焊缝 跟踪 控制 其他 辅助 控制 图 4 P L C程序结构 在设计时统筹兼顾 P L C程序的条理性 、可读性 和功能优化 ，尽量把有关相 同操作元素或控制 功能 的 程序语句集中在同一模块 ，便于调试和维修过程中分 析及测试 ，最终将整个 P L C程序划分为急停及安全 控制部分 ；报警处理和状态信息显示部分 ；模式选 择、外部伺服接通、外部启动、暂停、调主程序的机 器人控制部分 ；激光器启停 、光路 、短路监测的激光 器控制部分 ；气路控制部分；焊缝跟踪控制部分；其 他辅助控制部分 。其 中有关激光器 出光 的部分程序如 下 } } 2 0 0 46 2 0 0 4 0 革 ≠ 5 0 0 7 0 3 0 0 3 4 7 0 0 5 7 ；手动出光指令 一 肋 ，一 一 ． ～一 一 一 蠹 一 5 8 机床与液压 第 4 2卷 S TR AND AND NOT AND P L F S TR 0R AND N0T AND N0T AND AND NOT AND NOT AND NOT OUT S TR AND OR AND NOT AND NOT AND AND OUT 群 2 0 O 4 6 2 0 0 4 0 0 0 7 0 群 3 0 0 3 4 7 0 0 6 0 7 0 0 5 7 7 0 0 8 7 7 0 0 6 0 粥 0 0 2 7 群 3 0 0 3 2 } } 5 0 0 1 0 5 0 01 2 0 01 3 7 o 0 8 7 胛 0 0 9 5 1 0 01 4 7 0 0 8 7 3 0 0 2 7 7 0 0 2 0 2 0 0 5l 2 0 0 5 3 3 0 0 3 4 4结束语 在该机器人的控制系统中，P L C既需要与 N X 1 0 0 主处理器进行通讯 ，又要与多个子系统 的不 同类型控 制器进行数据信息的交换 ，这种 P L C控制结构形式 成功用于所开发的激光焊接机器人系统，说明其结构 形式简单且可行 ，实现了多种控制器集成 的 P L C控 制设 计要求。 参考文献 ；手动 出光取消 ；关激光器 ；光闸开 ；出光标志位 ；程序 出光指令 ；激光输 出短路监测 ；出光 [ 1 ]机电一体化技术手册编委会． 机电一体化技术手册 [ M] ． 2版． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 9 ． [ 2 ]冯勇． 现代计算机数控系统 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 1 9 9 6 ． [ 3 ]廖常初． P L C编程及应用[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 o 2 ． [ 4 ]钟肇新， 范建东． 可编程控制器原理及应用[ M] ．3版． 广州 华南理工大学出版社， 2 0 0 3 ． 上接 第5 5页 安装一个单向阀 ，保证液压泵工作安全。在液压泵 与工作 回路间加一个单向阀，使工作 回路与液压泵 分开 ，使系统在工作不 正常时产生的波动不影 响 液 压泵 的工 作 ，保 证 液 压 泵 向系 统 提 供 稳 定 的 压 力 。 4结束语 钢筋连接套溢挤压成型机械手液压系统选择了合 理的液压元器件 ，并针对性地设计了液压 回路和液压 控制回路，使得该机械手具有了运行平稳 、夹紧力 自 动调节等功能。该设备的应用，提高了企业的自动化 水平 ，在保证钢筋连接套加工质量的前提下 ，大大提 高了加工效率 ，减轻 了操作 者劳动强 度 ，具有较 高的 经济价值和社会价值。 参考文献 [ 1 ]洪慎章． 温挤压工艺的应用[ j ] ． 模具技术， 2 0 0 4 4 4 3 45． [ 2 ]赵丽梅． 大型 自动翻转机液压系统设计 [ J ] ． 液压与气 动 ， 2 0 1 1 2 7 1 7 3 ． [ 3 ]吴怀超， 方毅， 何林． 基于单片机控制的水上清洁机器人 液压系统的开发[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 1 1 0 51 0 7 ． [ 4 ]刘旭， 杨寅威． 带式输送机盘式制动器液压 系统设计 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 2 9 1 9 2 ． [ 5 ]栗育琴， 庞祖高， 周艳霞， 等． 温挤压润滑剂的研究[ J ] ． 锻压技术， 2 0 0 9 4 1 1 01 1 6 ． [ 6 ]马骏骑， 陈从平 ， 杨用， 等． 液压驱动气吸式机械手的研 制[ J ] ． 昆明理工大学学报 ， 2 0 0 1 5 9 91 1 4 ． [ 7 ]黄伟 ， 胡青龙． 机械手 P L C控制系统的设计[ J ] ． 机电工 程技术 ， 2 0 0 8 1 1 9 1 9 5 ． 卯 ∞ 钙 卯 犍 ∞ 窨 j