基于S7—300PLC的码垛机器人智能工作站

彭丽莎+房华+张号

摘 要：本文研究了更加智能化、人性化的码垛机器人智能工作站。一方面充分利用码垛机器人精度高的优点，搭配末端执行器实现抓取动作，另一方面，配套西门子S7-300PLC进行逻辑判断和数据分析，提高运行的效率，缩短控制系统的响应时间，并采用西门子触摸屏作为人机交互界面，实时显示工作站的工作状态，使参数的设置更加便捷，操作更加人性化，提高机器人对产品的适应性。

关键词：码垛机器人；S7-300PLC；触摸屏；智能工作站

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.113

1 引言

中国工业机器人市场规模不断扩大[1]，应用于码垛、喷涂和分拣等行业。近年在柔性化生产的背景下，品种的多样化对码垛机器人动作提出了更高的要求。为解决这一问题，本研究构建了基于西门子S7-300PLC的码垛机器人智能工作站，将PLC的逻辑运算功能与码垛机器人的高精度结合起来，并配备人机交互界面，经调试该工作站可以有效的提高码垛机器人生产线的智能性和操作性[2]。

2 智能工作站设计要求

本智能工作站包括产品输送带、托盘输送带、产品暂存区、码垛抓取区、托盘放置区和机器人工作区六个区域，各部分自动配合。产品输送带分为A、B两条，可以同时生产两种不同规格的产品，并且满足预期的生产速度。通过人机交互界面控制两条输送带的工作状态和产品的切换。码垛机器人根据预设位置和轨迹运行执行码垛动作。

3 硬件設计

智能工作站的总体控制结构如图1所示，码垛机器人选用库卡KR QUANTEC PA中负载级卸码垛机器人，具有速度快、精度高、动态性能好的优点。西门子S7-300PLC为控制系统的核心，负责数据的采集和逻辑判断，并发送相应的控制信号。人机交互界面选用西门子MP277，在触摸屏上实现品种的切换和实时状态的监控。现场检测设备检测产品的位置和数量，现场信号采集到S7-300PLC中。现场执行机构为电机和气缸，电机控制辊子输送带，气缸控制产品的走向。

码垛机器人和S7-300PLC间通过PROFIBUS DP通讯，将S7-300PLC配置为DP主站，码垛机器人为DP从站，PLC将选择的品种和码垛方法传送给码垛机器人，码垛机器人根据信号运行不同的轨迹完成相应的码垛动作。

4 控制系统设计

4.1 触摸屏界面设计及流程说明

触摸屏控制画面包括品种的选择，输送线的启停控制，状态的监控包括抓取区的箱数，当前抓数和运行状态，通过Profibus DP通讯PLC将品种和当前抓数写入码垛机器人。智能工作站的工作流程如下：（1）开机初始化，将挡箱装置置位，输送带上剩余的托盘运出，之后将托盘运输到初始位置。并且将计数区寄存器数据清零，复位计数器和计时器，将各输出调至初始状态。进行初始状态的检查；（2）品种选择和确认，根据现场情况选择相应的品种，包括100ML、250ML、500ML三个品种，根据品种的不同，将不同的数据写入PLC的寄存器，调用不同的功能块。（3）自动运行条件的检查，由智能工作站操作人员检查现场情况，对照是否与触摸屏显示状态相同，若无故障，则启动自动运行，若有故障则排除故障后，启动自动运行，输送带将自动运行。（4）码垛条件的检查，当码垛抓取区的产品数量满足条件时，PLC发送抓取区准备完成信号，机器人准备动作。（5）机器人状态检查，机器人检查末端执行器的初始状态。（6）机器人码垛动作，若末端执行器满足码垛条件，则机器人动作，若不满足，则操作人员执行复位操作，机器人开始码垛。

4.2 PLC模块化编程

该智能工作站采用模块化编程，不同功能的各模块间相互独立，程序结构清晰，便于程序的修改和监控。模块化编程具有两方面的优点，一方面，功能块具有通用性，可重复调用，减少了编程的工作量，缩短智能工作站设计周期；另一方面，提高运行效率，模式和品种的切换时进入相应的功能块，而不是执行所有程序。主要包括以下功能块：

（1）开机初始化模块。每次开机均执行此模块，包括硬件初始复位操作和寄存器赋值操作。开机时，将挡箱装置置位，将输送带上剩余的托盘运出，之后将托盘运输到初始位置。并且将计数区寄存器数据清零，复位计数器和计时器，将各输出调至初始状态。（2）自动运行模块。该智能工作站的主要工作模式为自动模式，切换到自动模式后，系统整个运动均在PLC的控制下运行。PLC接收外部检测装置的状态信息和HMI的输入指令，并且对接收的信号进行逻辑运算，更具运算结果调用相应的子程序，完成相应的动作。（3）手动控制模块。该模块通过触摸屏进行控制，用于开机和故障发生时，单个动作的控制和故障的排除，且手动控制和自动控制不能同时启动。（4）故障和报警模块控制。该智能工作站在运行中出现一些设备故障，故障信息实时显示到触摸屏上，是现场操作人员做出判断的重要依据。

4.3 码垛机器人模块化编程

码垛机器人采用KRL结构化编程，根据逻辑判断语句的结果，执行相应的子程序。开始进入一个初始化程序init（），将末端执行器的状态复位。当外部输入信号in[1]和in[3]同时满足时，执行选定的品种子程序，执行码垛动作。将Apinzhong定义为A线产品选择，利用逻辑switch语句进行品种的选择，当值为1时，执行100ML产品码垛；当值为2时，执行250ML产品码垛；当值为3时，执行500ML产品码垛。进入相应的子程序后，变量Adijizhua为A线一托盘的第几抓，根据PLC提供的参数，机器人执行相应的码垛动作。

5 结束语

本研究采用PLC、触摸屏设计智能码垛工作站，PLC执行信号处理和逻辑运算，控制和协调各个机构和码垛机器人的动作，触摸屏作为人机交互界面，通过触摸屏对参数进行设置，状态进行监控，提高工作的可视化和人性化。PLC和机器人均采用结构化编程，编程结构清晰，易于调用和调试。经过现场调试，该智能工作站具有很好的适应性，改变了单一的码垛模式，提高了码垛的智能性。

参考文献：

[1]柳鹏.我国工业机器人发展及趋势[J].机器人技术与应用，2015（05）：20-22.

[2]陈东青.基于PLC与触摸屏的码垛工业机器人操作系统设计[J].包装工程，2014，35（23）：84-88.

作者简介：彭丽莎（1991-），女，山东济宁人，电气工程师。endprint