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路面砖生产中基于PLC的工业码垛机器人控制系统设计应用

范文

赵贤

摘要：传统路面砖生产需要依靠大量劳动力，近年来路面砖生产行业面临着愈发严峻劳动力短缺问题。随着PLC及工业码垛机器人技术的日趋成熟，路面砖生产行业应用PLC及工业码垛机器人以降低劳动力成本成为了有效且可行的方案。该控制系统有高可靠性、稳定性、可拓展性优点，符合行业应用要求。

关键词：PLC控制;工业码垛机器人;控制系统

引言

传统路面砖典型生产工艺流程为：配料、加压成型、制品养护、成品入库。在经压机加压成型后，制品需搬运至蒸养车，在此过程中，传统生产主要有人工码放和码坯机码放两种方式。采用人工码放方式时，压机易造成人員意外伤亡，且劳动量大，生产环境伴有大量粉尘、噪声，对一线生产人员身体造成伤害。而采用码坯机码放方式时，由于码坯机结构复杂，造成维护成本高，且单一型号的码坯机适用范围窄，不同生产线常有大量机械结构及控制逻辑变动，具有低可拓展性的缺点。于此同时越来越多的企业面临着劳动力短缺问题，企业管理者期望通过工业自动化寻求解决方案。而PLC及工业机器人已经在工业领域广泛使用，相关技术应用已经成熟，面向不同生产线往往只需要在夹具上略作改动，相对而言有更高的可拓展性，通过PLC控制工业码垛机器人不仅可降低劳动力需求，同时也可提高生产效率，降低管理成本，符合行业利益需求。针对这一需求，笔者提供一种基于PLC的工业码垛机器人控制系统方案以满足企业需求。

一、控制系统简介

PLC技术具有适应性强、可靠性高、编程简单的优点[1]。工业码垛机器人聚友高精度定位、快速搬运夹取、稳定可靠、无疲劳连续作业、结构简单、零部件少、占地面积少、能耗低的特点[2]。该控制系统以PLC作为逻辑控制器、触摸屏及机器人示教器作为人机交互界面、工业码垛机器人搭配专用夹具作为运动执行机构。PLC接发外部信号，并进行逻辑运算，计算码放位置，并编码码放位置号，控制机器人码放起始动作;机器人编程解码码放位置号，拆解码放动作，实时向PLC反馈机器人状态。

二、PLC与机器人通讯方式

PLC与机器人通讯可由I/O通讯、串口通讯、以太网通讯方式完成。而实际应用中，I/O通讯的设备成本比串口通讯低5%左右，比以太网通讯低10%左右。采用I/O通讯方式并对通讯数据编码，可保证数据通讯的高可靠性及稳定性。以PLC搭配足够的输入、输出继电器作为通讯接口，自定义通讯协议并编码，通讯中采用一问一答方式并作错误码计算，即PLC通过计算编码发出控制指令，机器人接收控制指令并解码校验，机器人通过计算再应答PLC接收到正确控制指令或错误控制指令，以此提高数据传输的抗干扰性。

三、控制流程

控制模式分手动模式、自动模式。手动模式PLC根据触摸屏设置的码砖位置计算码砖位置号，发送给机器人，在机器人就绪时发送开始码砖指令，机器人完成码砖动作即结束流程。自动模式根据触摸屏设置的起始码砖位置计算码砖位置号，发送给机器人，在机器人就绪时发送开始码砖指令，机器人完成码砖动作并反馈给PLC，PLC计算下一码砖位置并继续循环。

四、机器人编程控制

码砖机器人根据码砖动作要求应设置抓砖位置、码放位置、过渡位置。其中抓砖位置和码放位置通过示教器示教。抓砖位置唯一，理论上码放位置只需要示教所有码放位置中的一个位置，其他位置可通过计算得出。通过实际应用发现，蒸养车尺寸、蒸养车轨道及机器人安装不可避免存在误差，这种情况下应多示教码砖位置。例如，在层、行、列的三维码放动作时，通过示教1层1行的每一列即可消除列误差。过渡位置根据现场工况设定，影响过渡点的主要因素有：1、码放动作中障碍物。2、出于人员安全考虑远离人员可能出现地点。3、出于整体效率考虑，选取机器人运动快的轨迹过渡点。在这种编程控制下，现场工作人员只需要掌握简单的示教操作即可完成机器人操作，不需要对机器人控制原理有深入理解。

结束语

上文提出的控制系统已运用于实际生产中，用户反应良好，大大提高生产效率，使用过程中对操作人员专业水平要求较低。该系统具有很强的拓展及升级空间，例如：1、运用日益成熟的机器人视觉系统感知抓砖、码放位置，可免除操作人员示教操作，进一步降低对操作人员的素质要求。2、通过添加夹具相关传感器感知夹取状态，避免漏抓、误抓，从而提高安全性。该系统是PLC控制工业码垛机器人的基础形式之一，随着相关技术、工艺水平的提高，该系统可朝向智能化、简便化等方向发展，也可以给其他行业领域提供应用参考，拥有非常宽广的工业应用前景。

参考文献：

[1] 张艾良，PLC技术在工业机器人控制系统中的应用分析，科技经济市场[J]，2017，7：20-21.

[2] 李勋，工业码垛机器人存在问题与解决对策，中国新技术新产品[J]，2019.6：21-22.

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