工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中機(jī)器人及PLC的集成控制研究

王楊

摘要：隨著計(jì)算機(jī)和電子通信技術(shù)的不斷發(fā)展完善，PLC技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)中，PLC技術(shù)應(yīng)用越發(fā)廣泛，其積極推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展?；诖?，本文就工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中機(jī)器人及PLC集成控制展開研究，首先闡述了工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線，其次對(duì)機(jī)器人及PLC集成控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，希望能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)需求，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化;機(jī)器人及PLC;集成控制

中圖分類號(hào)：TP242

當(dāng)前，制造業(yè)發(fā)展逐漸從自動(dòng)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)向智能化與集成化方向發(fā)展，在此基礎(chǔ)上開展的生產(chǎn)制造工作主要是利用具有數(shù)字控制功能的數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備使工業(yè)生產(chǎn)更加高效、安全，大大提高了生產(chǎn)效率。而該生產(chǎn)線主要集成了通信、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化等技術(shù)進(jìn)而構(gòu)成了有機(jī)整體，其能夠使智能設(shè)備在組網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)信息集成和交互，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合控制的目的，可以大大提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

一、工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線

工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，工件加工工序統(tǒng)籌分為四道。工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線包括了數(shù)控車床、機(jī)器人、液壓工作站、原料倉(cāng)、空氣壓縮機(jī)、輸送機(jī)構(gòu)等部分[1]。生產(chǎn)時(shí)，一臺(tái)機(jī)器負(fù)責(zé)一道工序，工業(yè)機(jī)器人能夠直接抓取原料倉(cāng)內(nèi)的毛坯件，并搬運(yùn)至數(shù)控機(jī)床，在通過(guò)四道工序加工生產(chǎn)后形成成品，機(jī)器人將成品搬運(yùn)至成品庫(kù)。四道工序間銜接都是工業(yè)機(jī)器人和輸送機(jī)構(gòu)無(wú)縫連接實(shí)現(xiàn)的。

二、機(jī)器人及PLC集成控制

1.總體框架

工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中，機(jī)器人和PLC十分重要，本文針對(duì)KUKA機(jī)器人和Siemens PLC S7 300進(jìn)行集成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)前，工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸距離和速率優(yōu)勢(shì)明顯，其是基于IEEE802.3系列以及TCP/IP分布實(shí)時(shí)控制通訊網(wǎng)絡(luò)建立起來(lái)的，本研究的通訊渠道采用工業(yè)以太網(wǎng)，KUKA機(jī)器人和PLC利用工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)，上一層交換機(jī)構(gòu)成全部鏈路，最終在PC機(jī)上集成所有數(shù)據(jù)信息，如圖1所示，其為集成控制系統(tǒng)總體框架[2]。該通訊回路中加入了冗余交換機(jī)，其可以提高系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)控制可靠性。

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人而言，通訊系統(tǒng)十分重要，本研究采用的KUKA工業(yè)機(jī)器人包括以下三部分，其通訊系統(tǒng)分為兩級(jí)，一級(jí)為網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)形成的PC和機(jī)器人控制器通訊，另一級(jí)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)形成的機(jī)器人控制器與外圍設(shè)備通訊。本研究主要采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式。

本研究采用的是S7-300 PLC，中央處理器是緊湊型CPU314C-2 DP，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，工作方式為循環(huán)掃描。

2.軟件開發(fā)

在Windows系統(tǒng)基礎(chǔ)上采用C#語(yǔ)言、VS2015編程軟件開發(fā)了該軟件，其包括兩部分，分別為應(yīng)用程序與客戶端，其中，應(yīng)用程序主要針對(duì)的是KUKA機(jī)器人所開發(fā)的，后者是采用OPC DA技術(shù)對(duì)通用OPC服務(wù)器進(jìn)行的開發(fā)，其連接著多個(gè)OPC服務(wù)器[3]。KUKA應(yīng)用程序和OPC客戶端間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息、資源交互共享。

KUKA應(yīng)用程序包括通訊、IO信號(hào)、機(jī)械單元、程序等部分，其中，通訊模塊用來(lái)連接機(jī)器人控制器，IO信號(hào)能夠?qū)C(jī)器人中的信號(hào)進(jìn)行讀取，機(jī)械單元?jiǎng)t能夠?qū)C(jī)器人工作狀態(tài)信息進(jìn)行讀取，程序讀取能讀取機(jī)器人內(nèi)部RAPID程序、遠(yuǎn)程加載以及調(diào)用等。KUKA通訊模塊能夠讓PC機(jī)和KUKA機(jī)器人控制器實(shí)現(xiàn)通訊連接，IO信號(hào)獲取是在PC機(jī)上獲得機(jī)器人控制器連接的全部外部IO信號(hào)，機(jī)械單元是獲取并實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人本體各軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度、末端坐標(biāo)、操作模式等信息，程序模塊通過(guò)讀取程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制[4]。

OPC客戶端是基于OL/EDCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，為了能夠使生產(chǎn)線的智能單元和用戶應(yīng)用程序處于不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部位，實(shí)行的是分布式的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集方式。該服務(wù)器能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)源之間的通信，且接口也能夠?qū)纳a(chǎn)線設(shè)備上所讀取的信息及時(shí)輸送到客戶端中，OPC接口能夠用OPC客戶應(yīng)用程序和OPC服務(wù)器互訪，獲取設(shè)備實(shí)時(shí)和歷史信息。

OPC客戶端與服務(wù)器之間的通信方式包括同步、異步、數(shù)據(jù)訂閱，其在開發(fā)時(shí)數(shù)據(jù)讀取采用訂閱方式。客戶端的開發(fā)過(guò)程中，其核心功能就是網(wǎng)絡(luò)連接功能，可以尋找目標(biāo)PC機(jī)內(nèi)的全部OPC服務(wù)器能夠與目標(biāo)服務(wù)之間形成通信，顯示和目標(biāo)OPC服務(wù)器與全部PLC數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)象綁定，開發(fā)時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)獲取計(jì)算機(jī)基本信息，若是遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)則要將目標(biāo)IP手動(dòng)輸入其中，按照IP對(duì)PC機(jī)內(nèi)的OPC服務(wù)器進(jìn)行掃描，若是發(fā)現(xiàn)則在服務(wù)器下拉列表中顯示出來(lái)，若沒有則會(huì)彈出報(bào)錯(cuò)串口。選中服務(wù)器連接，連接成功也會(huì)顯示出來(lái)，沒有顯示則需要繼續(xù)嘗試，在出現(xiàn)退出指令時(shí)，程序會(huì)釋放已經(jīng)連接的OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)對(duì)象自愿，再釋放OPC組資源，之后接連釋放OPC服務(wù)器資源并將連接斷開，整個(gè)運(yùn)行結(jié)束時(shí)就是程序結(jié)束[5]。

三、結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，PLC技術(shù)優(yōu)勢(shì)較多，其在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可以使工業(yè)生產(chǎn)線自動(dòng)化水平提高。在PLC控制下，工業(yè)機(jī)器人需要確定工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)向功能以及作用，并與生產(chǎn)線工序結(jié)合起來(lái)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和PLC集成控制系統(tǒng)，進(jìn)而提高作業(yè)精度以及效率，為工業(yè)自動(dòng)化、數(shù)字化以及現(xiàn)代化等發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。未來(lái)，機(jī)械制造自動(dòng)化水平會(huì)逐漸朝向智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化以及模塊化等方向發(fā)展，其可以大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為工業(yè)制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭魁敬，廉磊，郝任義.工業(yè)生產(chǎn)線集成控制與虛擬調(diào)試研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2019，681（03）：137-144.

[2]丁姝慧.基于PLC的汽車焊接機(jī)器人控制研究[J].現(xiàn)代信息科技，2019（12）：157-158.

[3]楊建中.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)與研究[J].數(shù)碼設(shè)計(jì).CGWORLD，2019，008（018）：P.21-22.

[4]牛麗.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的PLC控制技術(shù)研究與設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2020（10）：17-17.

[5]鄭子濤，徐燕然，車金康，等.沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線中工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用研究[J].汽車博覽，2019，000（002）：41.

3920501908242