一种工业机器人打磨工作站的控制系统设计

李皓

摘 要：本文设计一种工业机器人的打磨工作站控制系统，打磨产品为风机机壳，从总体方案的设计，设备间的通讯设计，PLC程序几方面进行了阐述。

关键词：打磨 工业机器人 控制系统

Design of the Control System of an Industrial Robot Polishing Workstation

Li Hao

Abstract：This article designs a polishing workstation control system conducted by industrial robots. The polishing product is a fan casing. The design of the overall scheme， the communication design between the equipment， and the PLC program are described in the article.

Key words：polishing， industrial robot， control system

1 引言

随着国内传统制造产业的转型升级的需求，传统制造型企业对自动化的需求不断提高。传统的手工打磨作业存在打磨质量不稳定、效率低、且产品的均一性差。且工作环境恶劣，粉尘和噪声严重影响工人的健康。对打磨工人的技术水平要求相对比较高，产品的质量也不稳定，满足不了自动化生产需求。本文设计一种控制系统来实现对工业机器人打磨作业的控制，提高打磨作业的智能化程度以及工业生产的效率。

2 控制系统的设计要求

此设计打磨产品为风机机壳，工业机器人型号为IRB460（ABB），机器人末端执行器有打磨头和抓手用于打磨机壳和抓取机壳，实现的控制流程如下：

人工将产品放置在工装后，按下夹紧按钮后，夹紧气缸动作，将产品固定，机器人在得到产品到位信号后，开始按设定的程序进行打磨作业，打磨完成后，机器人手持工具切换为抓手，将产品搬运到指定位置。

打磨工作站有人机交互界面，使用者可在人机界面上切换手动和自动模式，自动模式下能实现整个系统的启动和停止的控制。手动模式能实现对气缸的点动控制，手动调用机器人打磨和搬运等程序的功能。

3 打磨工作站控制系统的总体方案

S7-1200 PLC与MCGS TPC7062TX触摸屏都有一个网口可进行以太网通讯，可实现与MCGS TPC7062TX的数据交互，实现工作人员通过在触摸屏来控制和监控现场产品的生产。S7-1200 PLC与机器人之间不需要进行数值量的传递，采用I/O连接来实现开关量的交互。S7-1200 PLC与打磨设备之间不需要进行数值量的传递，采用I/O连接来实现开关量的交互。

整体方案为：PLC作为主站，采用以太网通讯与MCGS触摸屏实现数据交互，采用IO连接与工业机器人和打磨设备实现开关量的交互。

4 打磨工作站的主要控制设备选型

打磨工作站控制系统采用S7-1200PLC，S7-1200是西门子公司推出的新一代PLC，作为 S7-200的升级替代产品，其模块化设计，扩展灵活;集成了多种强大的工艺功能，可满足自动化系统中的特殊需求;通讯模块和集成的PROFINET接口，可实现自动化领域的多种通讯机制，满足设计要求。

触摸屏采用TPC7062Ti，是一套以先进的Cortex-A8 CPU为核心的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏，四线电阻式触摸屏。同时还预装了MCGS嵌入式组态软件（运行版），具备强大的图像显示和数据处理功能，满足设计要求。

5 打磨工作站控制系统的通讯连接

5.1 S71200PLC与MCGS的通讯

S7-1200PLC与MCGS采用以太网通讯进行数据交互。他们通过各自的网口进行以太网通讯。

在各自的配置软件中使MCGS和PLC双方IP地址在同一地址段并保持一致，使双方通讯上。

PLC与机器人之间的通讯连接。

S7-1200PLC它有22个数字输入信号，10个数字输出信号。使用的IRB460工业机器人的标准IO板卡有16路数字输出信号，有16路数字输入信号。它们提供的IO点满足设计需求。PLC和机器人相关I/O分配表和IO连接图见下表1。

外部按钮及传感器与PLC通讯。

本设计PLC另需要外接一个按钮和一个传感器。它们的IO分配及接线图见下表2。

6 PLC程序设计

打磨工作站控制程序流程规划，见图3。

程序编写

（1）主程序设计

程序从主程序开始，在程序段1调用自动FC块，在程序段2调用手动FC块。

用M0.4来进行自动和手动的选择，并将M0.4与MCGS自动手动按钮关联。

（2）手动程序设计

在手动程序里，分别用M0.1调用机器人打磨程序，用M0.0调用机器人搬运程序，用M0.2调用机器人取件动作，用M0.5来控制夹紧气缸。

其中M0.0与MCGS里的搬运按钮关联，M0.1与MCGS里的打磨按钮关联，M0.2与MCGS里的机器人取件按钮关联，M0.5与MCGS夹紧气缸点动按钮关联。

（3）自动程序设计

（1）在程序段开始设计为系统启动和系统停止互锁。操作人员在自动模式下按下自动启动按钮，步骤号值被置为0。

（2）步骤号为0时，操作者将打磨工件安装在打磨工装上，按下气缸夹紧按钮，工件被夹紧，打磨传感器检测到产品，步骤号自加变为1。

（3）步骤号为1时，PLC发出机器人打磨信号，机器人打磨完后，步骤号自加变为2。

（4）步骤号为2时，PLC发出机器人取件信号，机器人切换抓手工装将打磨工件进行取件动作，机器人取件完成后，步骤号为4。

（5）步驟号为4时，PLC发出机器人搬运信号，机器人搬运完后，步骤号为0，形成步骤循环，见图4。

部分程序设计图。

7 结语

论文简要叙述了打磨工作站控制系统的设计过程，未来还有很多方面可以进行优化提升，可以从采用更先进的视觉传感器和力觉传感器，来实现复杂打磨工件的智能化打磨，可以预见未来的打磨控制系统将有更长远的发展，PLC控制系统将更加智能化。

基金项目：武昌工学院课程联动改革项目———机器人技术与应用课程模块。

参考文献：

[1]王寐.抛光打磨机器人控制系统的设计与实现[D].广东工业大学，2017.