基于PLC的工业机器人药瓶分拣系统的实现.pdf

工业 自 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 4 ． 0 8 ． 0 0 9 基于P L C的工业机器人药瓶分拣系统的实现 刘谦 波 广州交通技 师学 院， 广 东广 州 5 1 0 5 4 0 摘要阐述了基于P L C 的工业机器人药瓶分拣系统的自动化生产系统的实现 ， 分别从系统硬件电路部分与软件程序编写部分进 行了探讨，工业机器人控制系统在工业 自动化领域随处可见，该实现方法具有典型的代表性。 关键词P L C ；单轴机器人；分拣系统 中图分类号 T P 2 4 2 ． 2 文献标识码 A 文章编 号1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 40 80 0 2 90 3 A No v e l M e d i c i n a l Bo t t l e S o r t i n g S y s t e m o f I n d u s t r i a l Ro b o t s Bas e d o n PLC L I u Q i a n b o G u a n g z h o u C o m mu n i c a t i o n T e c h n i c i a n I n s t i t u t e ，G u a n g z h o u 5 1 0 5 4 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Me di c i na l b o t t l e s o r t i n g s y s t e m o f i n d u s t r i a l r o b o t s b a s e d o n PLC f o r a u t o ma t e d p r o d u c t i o n s y s t e m i s i mp l e me n t e d．Th e h a r d wa r e c i r c u i t a n d t h e p r o g r a m o f s o f t wa r e a r e d i s c u s s e d ．I n du s t r i a l r o b o t s a r e wi d e l y u s e d i n t h e f i e l d o f i n d u s t rial a u t o ma t i o n c o n t r o l s y s t e m． Me t h o d o f t h e r e a l i z a t i o n i s t y pi e a l y r e p r e s e n t a t i v e ． Ke y wo r d s P L C；s i n e a x i s r o b o t ；s o r t i n g s y s t e m 0引言 随着现代生产技术的发展和工业 自动化在各 个领域的普及，工业机器人在柔性制造系统、提 高产品质量、改善劳动条件等方面的应用也越来 越广泛 ，工业机械人的研制和开发已成为高科技 领域迅速发展起来的一 门新兴技术。本文探讨了 雅马哈T 4 系列单轴机器人结合P L C系统分拣液体 药瓶这一功能 的实现 ，并从硬件和软件两方面进 行了分析和研究 ⋯。该设备用于中、小批生产的 柔性 自动化生产线上，实现工件在流水线上的分 拣。 1 系统概 况 药瓶分拣系统只是药品自动化生产线上从转 盘上料单元到药瓶装入立体仓库等众多流程中的 一 个子系统 ，仅流水线分拣搬运机械人是集 P L C 技术、位置检测技术和气动技术于一体的综合的 控制装置 。此系统包括 P L C控制部分 、机 械部分 和电气部分 。机械部分包括滚珠丝杆 、滑杆 、气 缸等 ；电气部分包括伺服电机 、伺服电机驱动 器、液位传感器 、电磁阀等 ，是过程控制与运动 Y 轴 滑 块 、 一 廷 行 轨 迹 收稿 日 期 2 0 1 4 0 4 2 8 冒蚕基 图 1 工业机器人工作示意图 、业 鱼 控制的有机结合体；系统工作原理如下 1 按 下启动按钮后 ，传送带A运行 ，传送带A上的药 瓶经过 B 处 ，检测传感器对药瓶进行液位判断， 确定药瓶 的合格与否 ，药瓶到达 c限位停止 ； 2 在c 处，机器人分拣药瓶，合格产品依次放 入合格区人箱，不合格产品放入依次不合格区人 箱 ； 3 每区药箱都只能容纳四瓶 ，到达四瓶 ， 合格药箱由传送带D运走 ，空箱即可载人，分拣 的药瓶又可重新依次装箱，如此循环； 4 按停 止按钮，机械人要执行完本轮周期动作后归原点 位置停止。 2系统硬件设计 2 ． 1 工业机器人及驱动器部分 工业机器人采用雅马哈单轴T 4 系列，该机器 人的定位精度 任意位置是 0 ． 0 2 m m，滚珠螺 杆 导距 1 2 mm，由高精度 的伺 服马达驱动滑 台 ， 可搬运质量2 ～ 9 k g ，有效行程5 0 6 0 0 m m，点位 最多到达 1 0 0 0 点；本系统采用两个单轴水平放置 形成的 轴和 l ， 轴，轴上的滑块不同的位置可以 定位不同的点，根据分拣需要只需定位 1 0 点。y 轴滑块上装有抓取的升降气缸与取料吸盘，根据 其电磁阀得电与否，和两轴配合 ，就可以实现分 拣动作。 T 4 系列机器人采用 E R C D控制器 ，电源部分 采用2 4 v 直流电压，并确保无噪音；与机器人的 连接，由E R C D控制器内部程序与P L C 提供控制 信号给机器人的伺服电机 ；P L C与E R C D通过专 用连接器相连，用于机器人的执行信号与位置信 号的反馈 ，电脑通过专用的软件编写机械人的点 图2 控制器的关联示意图 位信息与移动程序输入到 E R C D的程序存储器 里，程序运行时，机器人执行相应动作。 2 ． 2 P L C、机器 人控制器硬件及信号 电路连接及 说明 机 器 人 分 拣 系 统 所 属 大 系 统 采 用 F X 2 N 一 6 4 MT 一 0 0 1 型 P L C，这里 只探讨 P L C与机器 人控制器 E R C D的连接 。P L C的输 出端 Y 2 5～Y 3 7 共 1 1 个信号端分别与 轴、y 轴控制器的输入端 采用一拖二的方式相连接，图3 只表示了P L C 与 轴控制器相接 的部分 ，其中 P L C的输 出端 Y3 4～ Y 3 7 的输出信号是控制器的通用输人 口D 1 0 ～D I 3 的输入信号 ，四个端 口信号组合的可 以确定 1 6 个 位置点，本系统只取十个点 。控制器得到P L C 输出的位置信号指令后，驱动x 、y 轴的滑块达到 对应的点位时，通过D O 0 和D O 1 信号输出端反馈 给P L C的不同的输入端 ，P L C 确定点位信号后给 执行机构发指令去完成相应 的动作 ；另外机器人 在工作过程的状态信号也由控制器的输出端反聩 给P L C ，实现P L C 与控制器的通信。 DoO ／ ， 一 END ／ ， 一 BUs 1 P L C 的部分I ／ O 端子 X2 4 Y2 S X2 5 Y2 6 X2 6 Y2 7 X2 7 Y3 O X3 0 Y3 l X3 1 Y3 2 X3 2 Y3 3 X3 3 Y3 4 X3 4 Y3 5 X3 5 Y3 6 X3 6 Y3 7 控制器中部分 I ／ O口 X轴 ABS ．T I NC P T AUTo- R oRG S RES ET S ERVo LoCK END DI O READY DI l BUS Y DI 2 D0O DI 3 D0l X2 6 X3 0 X2 7 X2 4 X2 5 接器 图 3 P L C 与x轴控制器接线图 电袋 3系统软件设计 3 ． 1 控制器驱动工业机器人程序实现 雅 马哈工 业机器 人对控 制器 的编 程软件 是 P O P C O M，X、Y 轴为两个单轴组合进行分拣 ，需 要两个机器人控制器 E R C D ，由P O P C O M编程 软件分别进行程序的编写。控制器对机器人的控 制有I ／ O信号通用模式和脉冲链输入模式 ，本系统 刘谦波基于P L C 的工业 机器 人药瓶分 拣系统的实现 宴 采用前者 ，其程序由三部分组成①参数数据系 统P R M ，通用模式只对参数0 6 3 中的部分进行 设 置 ，确定机器人运行 的方式 ；②点位数据 P N T ，即位置点的数据程序；③系统程序数据 P G M ，即机器人的动作程序。 本 系 统 中 ，两 轴 均 采 用 T 4系 列 机 器 人 ， 图4 控制器程序流程图 P R M 0的值为 9 0 ，其 他参数采用 缺省值设 置； 点 位程序 P N T 采用手动教导 的方式获得一个点位 的坐标位置后 ，再采 用 寸 动移 动 的方法 ， 通过编程软件 或手持 编程器控制机 械手臂 左右的细微移动，使 其准确 的移 动到所需 位置 ，机器人 记忆移 动后 的最终位 置 ，获 得分 拣 点 的位 置信 息 ，本系统 中需要 1 0 个点位信息，即原点 点 位 P 0 ，拾 取点 为 P 1 ，合格 区点位 P 2～ P 5 ，不合格区点位P 6 一 P 9 ，获得 l O 个位置坐标， 可 以得到 、y 轴 的P N T程序 ， 、y 轴坐标点位 置不一样 ，即两控制器 的P N T程序不 同；P GM程 穗序部分 L 0 J - 忡0 。 0 ． 0 脚l ， 0 。 1 肿 F 2 ， 0 ， 2 l J - 岬1 0 ， 0 ， 1 0 0 1 3 ,L 1 0 1 4 t 唧 0 。 l o o 0 1 5 ,D O 0 ， 1 O l 6 l T n瞳 2 O 0 1 7 s D O O 。 O 0 1 8 ,J 坤 0 。 0 0 1 9 t L 2 i l ∞ 7 l L 1 0 I l ■释舞务 穗序号为。 雅号为O 前爱序受 着■入信号D ． 序曩。 着斛 着■入信号1 ． 坛行O 号氆序锫整为l 程 序袅。 着 件不■足曩序下执行 着●入信号2 ． 露行O 号爱序标簦为2 爱 l 秘入信号l O ． 避行哪序掾笙为l O 程序段． 着 件不■尼■序一下执行 檬笙号为 l 的囊序 曩 垒建运行舅O 点位 着辫 选点 t l lO O - 1 鼍时仉蜘’ D O o o 号为2 的蕞序段 l 撂笙号为 1 O 的器序量 I 图5 控制器程序图 序是采用基于类 B A S I C 语言的机器人编程语言， 图4 、5 分别是流程图与部分程序图，机器人处于 某位置，等待位置信号的输人，有信号到达 ，机 器人动作到达位置点有反馈输出到P L C ，控制器有 返原点信号输人端和自动运行端， 根据指令会执行 对应的动作，两轴控制器的P G M程序相同。 3 ． 2触摸屏、P L C及机器人整体程序 实现方法 实现方法中涉及触摸屏 的部分 ，用 图像按钮 代替机械式按钮 ，图像显示代替实物显示等 ；软 件编写时 ，其与 P L C结合 ，明确工程中的设备采 集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关 系 ，分清哪些变量是要求与设备连接的 ，哪些变 量是软件内部用来传递数据及动画显示 ，这些功 能容易实现 ；重点讨论 自动功能的实现，其流程 图如图6 所示。 图6 整体程序实现的流程图 流程图中机器人运行到信号点位的不合格产 品点位子程序 P O ，若检测到第一个不合格产品， 即 C 1 为 1 ，要 放置点 位是 P 6 ，对应 的程序 部分 如 图7 所示。 通过 P L C的输 出0 l 1 1 信号 ，满足输入条件 7 ，控制器D 1 0 一 D I 3 接收到信号条件7 ，机器人就 会全速运行到第 6 点位 ，然后完成放置动作 ，根 据P L C 输出信号不同，可以完成合格产品、不合 格产品的子程序的程序编写 ；机器人运动到点 位 ，控制器反馈信号给P L C ，作执行到位标记 ， 下转第 7 6页 啪 ‰ ‰呲。 ． 、 、、 究与开发 温度 传感 器 采集 到温 度后 经 A ／ D转 换 芯片 AD C 0 8 3 2 将连续的模拟量温度转换为离散 的数字 信号电流，再经变送器将电信号转变为适用于单 片机A T 8 9 S 5 1 计算处理的标准的电信号O ～ 5 v电 图3数据采集转换电路 压。电信号经过单片机A T 8 9 S 5 1 对信号进行分析 处理后再经R S 一 4 8 5 电平转换电路传送到主站温度 监控 系统 ，从 而进一步实施对温度 的有效监控 。 电路如 图3 所示。 - 一 一 - - 一 - 一 卜 0 一- 卜 ’ 一- ● 一- - 一 - - 一 - 一 上接第 3 1 页 Y O 3 5 Y O 3 4 Y O3 6 Y O 3 7 M 1 0 3 图7 P L C 对控制器的输入信号程序 3总结 本文根据给 出的技术要求进行 了系统总体方 案设计 ，在此基础上，设计了工业管线实验模型 装置的结构， 根据热学原理进行了加热体设计，实 现了R S 一 4 8 5 总线主从式通信、相关的显示等外围 电路以及控制器等的软硬件设计。本文设计的保温 评价装置已经在现场进行 了实际实验，表明该装置 具有较好 的实用性 ，基本达到了预期的设计要求 。 参考文献 [ 1 ]许 燕 萍 ，杨代 华． R S 4 8 5串行 总 线可 靠性的研 究 [ J ]． 电子科技 ，2 0 0 9 0 2 8 - 1 0 ． [ 2 ]李智祥，陈瑞． 多点温度监控 系统的设计 [ J ]． 现代 电子技术 ，2 0 0 9 0 3 1 4 0 1 4 2 ． [ 3 ]苏威，刘宁． 高精度 多路温度检测 系统设计 [ J ]．自 动化技术与应用 ，2 0 0 7 0 2 5 4 5 7 ． [ 4 ]祖 庆喜 ，秦广武 ，曲晓燕． 供热管道保 温技 术分析 [ J ]． 林业机械与木工设备，1 9 9 7 0 2 2 2 2 5 ． [ 5 ]苏磊 ，付军隆，俞昌铭，等． 保温管道经济评估的优 化设计模型 [ J ]． 节能技术，1 9 9 9 0 1 1 8 2 5 ． 作者简介王玲，女，1 9 8 2 年生，天津市人，硕士，讲 师。研究领域自动化技术。 编辑 向飞 根据气缸下降的次数，作放下动作准备标记的程 序如图8 所示。 lt 】l 6 放下动作 M I 5 拾取完威 l l 2 l 执行I I II 捌 位 图8 机器人运动到点位反馈给P L C 后做标记程序 - - 一- 一 - 一 一 - - 一 一 - 4结语 使用可编程控制器与两个单轴机器人组成分 拣系统，实现了药瓶的自动分拣 ，不仅减轻了工 人的劳动强度，而且提高了工作效率、同时具有 准确的定位精度、较好的适应能力等性能，由于 该 系统可靠性高 ，维修方便 ，具有广泛的应用前 景 ；此控制系统是 P L C 、触摸屏 与伺 服驱动器结 合控制工业机器人的典型范例，具有很强的代表 性 ，其类 似的综 合应用在 自动化领域随处可见 ， 因此做 了上述的研究 。 参考文献 [ 1 ]赵迎春． 基于P L C流水线搬运机械手 [ J ]． 机 电一体 化 ，2 0 1 0 3 9 2 9 6 ． [ 2 ]魏志丽． 基于P r o fi b u s D P的工业机器人在 自动生产线 中的循环操作控制 [ J ]．机电工程技术，2 0 1 3 6 252 7． [ 3 ]王明睿． 雅马哈四轴机 器人与西门子s 7 3 0 0 P L C控制 策略 [ J ]．制造业 自动化。2 0 1 3 1 2 3 0 3 1 ． 上 述 两 个 程 序 都 是 P L C 与 机 器 人 控 制 器 之 间 耋 萋 机19械7 8 研 信号传递的实现部分，是整体程序实现的核心。 编辑 阮 毅 圈圈 豳