基于PLC和CC-Link总线的自动上下料系统设计

2020-09-08黄东苏磊

机械工程师 2020年8期

黄东，苏磊

（宝鸡机床集团有限公司,陕西宝鸡721000）

0 引言

本文在CC-Link通信总线的基础上，依托PLC、数控系统、机器人为载体，实现自动上下料生产线的通信控制功能。同时通过HMI显示屏显示通信状态及I/O状态，便于观测及查找问题。整条自动线以三菱PLC为主站，数控机床系统和机器人为从站，机床及机器人为从站载体，以专用通信模块进行信号的发送及接收，实现信号出入的同时进行。以PLC为主控，以其他设备为从站，CC-Link总线协议通信的组合方式是现在比较成熟的自动化控制方式，其使用简单，节省成本，又能提供高速大容量的数据通信，能够将其各种IO功能（逻辑控制、运动控制、测量应用和过程控制等）融合在一起，有着广泛的市场应用前景。

1 硬件配置

1）表1为整条自动线中主要通信相关的电气控制单元；检测部分的传感器及控制部分的电磁阀为I/O信号传输，PLC进行信号处理后再通过CC-Link将信号传输至机床及机器人等具体设备。

2）图1为整条自动线中主要设备及其布局，其中机床使用发那科系统，机器人配置外部第七轴，位于平行于机床位置前后移动，机器人本体用伺服电动机控制，上下料道使用单独PLC进行控制，与总控用I/O信号通信。抽检台直接与总控PLC本体输入接通，可实现运行过程中对任一工序加工产品的抽检，同时可将抽检合格的产品放回并进行下一工序的加工。

表1 硬件配置表

图1 总体布局图

2 运行流程及主程序

2.1 自动线运行流程

机器人从毛坯料库抓取1件毛坯放置到待料台1号位置→一序机床加工完成后机器人取半成品且倾斜工件，清理内孔切削液及铁屑，然后放入待料台2号位置→机床关门，清理夹具铁屑→机器人抓取待料台1号位置毛坯，给一序机床上料（OP10机床开始加工）→机器人从待料台2号位置抓取半成品放入二序机床（OP20机床开始加工）→机器人从毛坯料库抓取1件毛坯放到待料台1号位置→一序机床加工完成后机器人取半成品且倾斜工件，清理内孔切削液及铁屑，然后放入待料台2号位置→机器人从二序机床取成品倾倒铁屑和切削液，完成后放置到待料台3号位置→机床关门清理夹具铁屑→机器人抓取待料台2号位置半成品放入二序机床（OP20机床开始加工）→机器人从毛坯料库抓取1件毛坯放置到待料台1号位置（依次循环）。

2.2 机器人运行主程序

由于所有运行程序较长且多为机器人点位运行程序，所以此处只给出主程序中逻辑判断部分，不含子程序及其他程序。括号中汉字为程序注释，不影响程序运行。

LBL[10000];

IF (F[4：首次上料标志位]=ON AND F[5：首次上料完成]=OFF),JMP LBL[1];

IF ((R[8：储物台2]=2 AND DI[67：允许抽检一序一]=ON) OR (DI[71：允许抽检一序放回] AND ! DI[95：储物2有料])),JMP LBL[8];

IF ((R[8：储物台2]=3 AND DI[68：允许抽检一序二]=ON) OR (DI[71：允许抽检一序放回] AND ! DI[95：储物2有料])),JMP LBL[8];

IF ((R[8：储物台2]=4 AND DI[69：允许抽检一序三]=ON) OR (DI[71：允许抽检一序放回] AND ! DI[95：储物2有料])),JMP LBL[8];

IF ((R[9：储物台3]=2 AND DI[70：允许抽检二序]=ON) OR (DI[72：允许抽检二序放回] AND ! DI[96：储物3有料])),JMP LBL[9];

IF (((DI[56：二序机床允许下料] AND !DI[96：储物3有料]) OR (DI[55：二序机床允许上料] AND DI[95：储物2有料])) AND ! DI[104：二序禁用]),JMP LBL[6];

IF (DI[104：二序禁用] AND DI[95：储物2有料]),JMP LBL[10];

IF (! DI[94：储物1有料] AND ! F[3：清空物料标志]),JMP LBL[1];

IF (((DI[94：储物1有料] AND DI[7：一序一机床允许上料]) OR(DI[8：一序一机床允许下料] AND ! DI[95：储物2有料])) AND ! DI[101：一序一禁用]),JMP LBL[3];

IF (((DI[94：储物1有料] AND DI[23：一序二机床允许上料]) OR(DI[24：一序二机床允许下料] AND ! DI[95：储物2有料])) AND ! DI[102：一序二禁用]),JMP LBL[4];

IF (((DI[94：储物1有料] AND DI[39：一序三机床允许上料]) OR (DI[40：一序三机床允许下料] AND ! DI [95：储物2有料])) AND ! DI[103：一序三禁用]),JMP LBL[5];

IF (DI[96：储物3有料] AND DI[66：下料库允许放料]),JMP LBL[7];

JMP LBL[10000]

3 CC-Link 远程设备功能设置

3.1 机床部分设置

设置步骤如下：1) 按下“SYSTEM”键；2) 按右扩展键，找到“CCLink/REMOTE”；3) 按下“CCLink/REMOTE”软键，“SETTING” 或“MONITOR” 出现；4) 按下“SETTING”软键，显示设置画面；5) 移动光标到需要设置的项目，输入参数。机床设置画面如图2所示。

图2 机床设置画面图

3.2 机器人部分设置

依次按下MENU→6/SETUP→F1/TYPE→CC-Link。

进入界面后将相关数据设置为图3所示，机器人对应每台机床按位分配地址，每台机床分配16入和16出，不占用机器人内部I/O。

4 梯形图及触摸屏界面设计

4.1 网络状态设计

1)图4为网络状态画面，该画面显示各设备之间CCLink通信状态，画面中箭头所示线为实际CC-Link通信线缆连接路线，当任意设备处于关机或未连接时，画面显示通信断开，该设备红灯点亮；当设备连接正常时，显示通信连接，该设备绿灯点亮。任何一台机床人工禁止后，机器人在上下料时会跳过该设备，不影响整个自动线的运行加工。

2)图5为CC-Link连接梯形图，每个站的链接状态最终在界面显示。

图3 机器人设置图

表2 项目描述表

图4 CC-Link网络状态图

4.2 I/O监控

图5 CC-Link连接梯形图

图6 机床I/O监控图

1)图6为机床一序一的I/O监控画面显示单体设备具体I/O状态，I/O有输入输出时该信号点亮。也可以在操作界面里点击查看其它设备的I/O状态，I/O包含PLC中直接接线部分及CC-Link分配的地址。系统中所有的交互信号都可以在屏幕显示，直观可见每个信号的接通及其功能情况，机床的输入对应机器人的输出，机床的输出对应机器人的输入，本文通过PLC将信号对接，以方便观测及控制。

2) 图7为机器人与机床一序一卡盘夹紧检测的交互梯形图，其他信号的梯形图与之类似。