PLC下码垛生产线控制程序设计与应用

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摘要：根据码垛生产线控制系统的工艺和控制要求，设计了一种以西门子 plc 和 ABB 工业机器人为核心的物料码垛工作站，介 绍了码垛工作站的相应控制情况，设计了满足控制要求的梯形图程序和工业机器人程序设计，从而实现该工作站的运行，为同类控制 的设计提供了技术借鉴以及推广依据。

 关键词：可编程逻辑控制器；系统运行；程序；工业机器人

0 引言

针对于金属制造行业，金属制品的生产和输送以及人 工码垛效率低下的问题，而引入 PLC 与工业机器人到传 统的生产线，实现生产线全自动化的现代化改造，保证高 效、稳定的生产，减少人力成本的投入。要较好地实现对生 产线的自动控制，则对相应的设备电气控制就提出了较高 的、较新的控制要求。

 1 控制系统方案

本文以方棒码垛生产线为例，该生产线最主要的是码 垛工作站，完成将输送辊上的物料送到成品输送链上进行 码垛，系统硬件组成如图 1 所示。该工作站是要以 ABB 工 业机器人和西门子 PLC 为核心，其中工业机器人选用的 是 IRB460，实现物料的码垛。而 PLC 选用 S7-1200 系列， 主要完成该控制系统的物料传送和物料对正，以及成品输 出链上的码垛和步进传动，另一方面 PLC 还要与工业机 器人进行通讯，通知机器人完成取料等任务，再进行码垛。 而触摸屏作为整个系统的人机界面窗口，时刻监控整个系 统的运行当前状态，还可在组态界面设定和修改相应码垛 工位的相关参数，例如夹取根数、码垛层数等等。 整个系统的控制都围绕着 PLC，通过工业以太网或 Profinet 通讯来实现 PLC 与触摸屏或其他设备的信号交 互，实现与各远程 I/O 站、机器人的信号交互以及来实现 控制。通过相互建立通信，使得 PLC 可以接收外部的物料 信息，依据物料信息和传感器的信号，自动完成相应物料 的码垛工作，并实时将码垛相关信息反馈给 PLC。

2 系统工作流程

 整个系统的运行流程可以概括为：当工作站的安全门 闭合、物料辊的物料根数大于或等于 9 根且完成物料的对 正、成品输送链上的码垛盘无物料等前提下，这些信号通 过 PLC 与工业机器人的通讯，收到这些信号后，工业机器 人可以完成首次取料并完成码垛功能。系统的工作流程如 图 2 所示。 3 程序设计

 3.1 PLC 程序设计

 在本工作站中，PLC 要控制系统进行自动送料和物料 的对正。系统启动后，机器人回到Home 点，当第 2 输送辊的整列电机工作、安全门闭合、步进链电机工作等条件下， 机器人回到 Home 点，PLC 通过输送辊传送的物料根数， 检测大于或等于设定根数，此时，PLC 控制气动回路的电 磁换向阀，2 个对正气缸完成物料的对正，根据机器人的 设定工作程序，2s 后机械手的夹爪移动到指定物料所在 的坐标位置，2s 后夹紧且到达后限位，此时机械臂将物料 搬运到成品链上的堆垛位指定坐标，PLC 控制气动回路的 电磁换向阀，夹爪放松物料且到达前限位，就这样始终循 环程序，完成物料的码垛且到达设定的物料层高，此时控 制成品链的步进电机向前移动。 根据系统的控制要求，设计了控制系统的部分 PLC 程 序，如图 3 所示为工业机器人堆垛基本条件的 PLC 程序。

3.2 工业机器人的程序设计

当满足启动堆垛的基本条件，收到这些信号后，则工 业机器人开始执行设定的程序，完成码垛任务。其中该码 垛的程序主要分为这几个部分，分别为主程序、初始化函 数、取料函数、放料函数等等。由此，设计了几个主要部分 的工业机器人的程序。 ①PROC main( )为主程序部分，程序如下： PROC main( ) 声明主程序 r Init AII; 初始化 WHILE TRUE DO 循环结构，重复执行 IF Di Box In Pos = 1 THEN 判断工位条件，满足执行 r Pick; 调用堆垛取料程序 r Place; 调用堆垛放置程序 r Position; 调用堆垛层位置程序 ENDIF ENDWHILE ENDPROC ②PROC r Init AII ( )为初始化程序，主要是让机器人 复位以及回原点，程序如下： PROC r Init AII ( ) 初始化程序 Reset Do Grip; 复位夹爪 Move J phome，v500，z30，Tool0; 回预设的原点 n Count：=1; 初始化物料计数的值为 1 ENDPROC ③PROC Pick ( )为取料函数程序，完成机器人移动 到设定位置将物料夹取，程序如下： PROC Pick ( ) 取料函数 Move J Offs (p Pick, 0, 0, 200) , v500, fine, Tool0; 移动 到取料位置上方 200mm 处 Move L p Pick，v500，fine，Tool0; 移动到取料位置 Set Do Grip; 夹爪夹紧 Wait Time 2.0; 延时 2.0s Move J Offs（p Pick, 0, 0, 300), v500, fine,Tool0; 退出物料夹取的位置 ENDPROC ④PROC Place ( )为物料放置函数程序，机器人完成 将夹取的物料设定的物料放置位置，程序如下： PROC Place ( ) 物料放置函数 Move J Offs (p Place, 0, 0, 300), v500, fine,Tool0; TCP 的 tool0 移动到放置位置上方 200mm 处 Move L p Place，v500，fine，tool0; 移动到设定的放置 位置 Reset Do Grip; 夹爪放松 Wait Time 1.0; 延时 1.0s Move J Offs (p Place, 0, 0, 300), v500, fine, Tool0; 退 出码垛位置 n Count := n Count + 1; 物料计数加 1 ENDPROC

4 结语

 在该方棒码垛自动化生产线中，以码垛工作站为核心 的控制系统，在目前的方棒铝合金生产线上已经投入使 用，整个系统运行安全且可靠。由此，非常好的解决了在还 未设计该工作站之前人工搬运码垛的费时费力的工作情 况，极大的改善了金属制造行业在生产过程中所面临的效 率低下的问题。通过当前大量的投入使用，实践证明，设计 的码垛工作站，可以充分满足当前 2 条生产线同时进行码 垛作业，发挥出了机器人码垛的最大性能，极大的提高了 生产效率和产能，而且相比较人工码垛，更加的可靠且性 价比更高。由此，在人工成本更加昂贵的今天，码垛工作站 的使用具有更加广阔的市场前景。

参考文献：

 [1]韩桂荣.基于工业机器人和 PLC 的多垛型全自动码垛搬运 系统研究[D].武汉：武汉工程大学，2017：1-5.

 [2]邓三鹏，周旺发.ABB 工业机器人编程与操作[M].机械工业 出版社，2019.

 [3]张业鹏，张明.基于 PLC 与工业机器人的全自动化码垛系 统设计[J].制造业自动化，2015，37（22）：108-110.

 [4]陈锐鸿.基于 PLC 控制的多工位码垛系统设计与实现[J]. 包装工程，2018，39（17）：159-164.

 作者:魏新宇 李玮 单位:西南林业大学