浅谈智能制造专业实训教学设计

王泽良

【摘要】智能制造是一门新兴的技术，本文重点探讨了智能制造实训教学的原则技巧和方案。

【关键词】智能制造;机器人;PLC

一、设备通讯与网络搭建

1、博途软件组态

首先把所有设备链路打通，通过网线把机床，机器人，计算机等设备连接到局域网中，并设置IP地址在同一个子网，比如都是192.168.8.X，然后软件中添加PLC型号，和HMI触屏型号，组态的网络中把PLC和HMI连接起来。

2、数据块与变量定义

实训教学中，把完整加工流程分成各个单独功能实训模块，先局部检测，再综合考核。其中通讯中的数据块和变量定义必须依据三个变量表，MES与PLC变量表、PLC IO信号表、机器人与PLC通讯变量表。数据块必须取消优化的块访问复选框。ROB数据块由16个INT数据类型的R读数组，和16个INT数据类型的W写数组组成。MES数据块分为1-60个INT类型的D数组，1-32个BOOL类型的L数组，DINT和INT预留字段，CX数组由2个16位BOOL类型组成。再相隔DINT和INT预留字段，然后是1-30个 料仓数据，每个料仓由1-4个INT类型数组。

3、通讯程序设计

PLC程序编写是实训课程重点内容，MODBUS TCP模块，需要设置开放式用户通信版本号。PLC与机器人通讯，机器人作为服务端，需要在机器人示教器上设置IP地址和端口号，PLC程序中使用两个CLIENT块，并设置通讯参数分别作为读和写。PLC与MES上位机软件通讯，PLC端作为服务端，程序中使用SERVER块，并设置通讯ID以及数据块转存通讯数据。通過程序把IO引脚ID8传送到MES数据块DB2.DBD120绝对位置，实现30个料仓有无料的检测功能显示到上位机MES软件上。从ROB.R[1]开始7个数据传送到MES数据块MES.D[45]实现机器人关节坐标数据显示到上位机MES软件上。

二、PLC总控编程

1、PLC控制机床程序设计

实训中机床加工是有危险的，采用PLC自动控制更是容易出现机器人撞坏机床安全门的可能，以及机床卡盘未松开导致机器人手抓撞坏的情况。教学中设计PLC触屏手动控制功能，设计按钮按下对应变量置位，松开变量复位，PLC程序以该变量常开条件控制IO信号。系统试运行前必须验证程序正确性安全性，通过机器人空爪，或者机床不联机，设备互锁等方式保障安全，并且要求教师掌控机器人示教器，控制运行速度20%以内，能随时急停和中断程序自动运行。

加工完成信号下降沿状态，数据块MES.D[53]置1告知上位机MES系统加工完成，然后清除加工信号，在仓库上料完成后，再把数据块MES.D[53]清零。

教学设计中，项目执行流程是，机器人向总控PLC申请对机床操作卡盘的松紧以及安全门的开关和清洁吹气的时间控制操作。PLC收到请求通过检查机床IO输入引脚状态， 再通过IO输出信号控制机床执行，完成机器人的请求。通过操作面板联机旋钮i0.4信号，PLC输出信号Q2.0与Q4.0控制联机机床设备。

上位机订单功能对应PLC程序设计：MES软件功能按钮，产线开启，停止，复位命令与PLC三次握手，通过MES.D[1]数据块不为0为条件，移动MES.D[1]数据到MES.D[31]，每次下降沿，再次移动MES.D[1]数据到MES.D[31]实现MES与PLC交互;上位机软件的订单启动，会固定发送102命令码给PLC，对应的PLC程序设计中，检测MES.D[1]数据是否102为条件，把MES.D[2]开始的3个数据传送到MES.D[32]处，再根据传送值确定机床和铣床，针对不同设备把上料号、下料号、设备号等数据传送给机器人和上位机MES软件;上位机的订单节点需要收到PLC完成信号，才能继续后面的流程，所以PLC需要等待机器人完成指定搬运后的反馈信号，给MES软件发送202完成信号，并在机床上料完成后，使用IO输出信号Q2.1和Q4.1启动车床或者铣床加工。并在三次握手后，确认MES收到信号后清除202码的发送。

2、PLC触屏控制机器人单机上下料

实训中上位机通过订单指挥机器人搬运，在之前需要确认机器人程序正确性与安全性。所以在PLC触屏输入上料位、下料位、设备号从而启动机器人实现搬运，分别仓库到车床，车床到仓库，仓库到铣床，铣床到仓库，铣床到车床。但是不能一直发送这三个数据给机器人，否则机器人会重复执行命令，因此单机搬运需要当机器人处于忙状态时候，清除指令数据。而MES软件订单指令，也需要在机器人完成车床和铣床上下料以及仓库上料完成的时候清除上料号、下料号、设备号这三个数据。

3、PLC控制机器人读写RFID

实训系统中RFID通讯需要MODBUS（RTU）模块，其中"Modbus_Comm_Load_DB"模块用于设置串口端口和波特率以及交互数据块地址，另外两个"Modbus_Master_DB"数据块，分别对应RFID读写功能。为了保证每次读写完成后，才能进行下一次的读写，需要定义READ_OK，WRITE_OK两个变量确定完成与否，用于交互数据的RFID_DB数据块结构是2个BYTE，2个WORD，四个INT，1个WORD，除去具体交互的四个INT变量，其他变量初始值分别是2，3，0，8，0。

三、机器人搬运编程

机器人实训教学，主要是各关节位置数据确定，以及运动逻辑处理。首先掌握基本指令语法，循环、条件判定等逻辑，主程序设计分为上料、下料、换料，三个功能条件处理模块。由上料号下料号设备号数值的不同组合确定。不同功能由一系列子程序调用构成。子程序分别是取爪、放爪、仓库取、仓库放、车床放、车床取、铣床放、铣床取、单个仓位盘点、30个仓位循环盘点，还有USR_PLC.LIB程序对变量和寄存器进行关联。

三、结语

实训教学设计以安全第一为基础，尽量拆分成足够细的功能模块，不同模块的实训项目，组合成不同的实训课题，最终实现智能加工，生产出合格的产品。

参考文献：

[1] 智能制造是由大变强的主攻方向[N]. 胡春民.  中国电子报. 2015-06-05 （001）

[2] 打造智能制造新高地要精准施策[N]. 知新.  西江日报. 2020-08-20 （005）