plc在機器人噴涂生產線控制中的應用(迅捷)

1、 PLC在機器人噴涂生產線控制中的應用 施 慶 平（上海第二工業(yè)大學 上海 201209）摘要：從系統(tǒng)的組成、控制原理和硬軟件設計等方面，闡述了機器人噴涂生產線PLC（可編程控制器）自動控制過程。系統(tǒng)的實現表明PLC在傳統(tǒng)行業(yè)技術改造中的作用。關鍵詞：PLC；機器人；噴涂；控制系統(tǒng)；梯形圖中圖分類號：TP273.5文章編號：文獻標識碼：BApplication of PLC in Robot Spray Draw the Production Line ControlShi Qing Ping(University of the second industry in Shanghai, Sha

2、nghai 201209, China)Abstract:The system constitute,controlthe aspects, such as principleand thehardsoftware design etc, elaborate that the robot sprays to draw the automatic controlprocess of the production line PLC( Programmable Logic Controller).The realizationenunciation PLC of the system is in t

3、he traditional profession techniquereformation of function.Key words:PLC;Robot;Spray to draw;Control system;ladder1 引言噴涂是產品生產中的重要環(huán)節(jié)，但在傳統(tǒng)的噴涂工藝方面，許多企業(yè)還在采用手工的方法，工人完全憑經驗進行噴涂。由于工人的熟練程度和生產經驗的差異，再加上疲勞程度和工作狀態(tài)的影響，難以保證噴涂質量的穩(wěn)定。另外，由于工作條件惡劣影響著工人身體健康，因此利用高新技術進行改造傳統(tǒng)噴涂工藝是十分必要的。由于可編程控制器（PLC）具有體積小、抗干擾能力強、組態(tài)靈活等優(yōu)點，因而在工

4、業(yè)控制系統(tǒng)中得到非常廣泛的應用。關于整個機器人噴涂生產線的自動控制系統(tǒng)的詳細設計與實現另文介紹，本文主要闡述該系統(tǒng)中用作下位機的可編程控制器的作用、與計算機的通訊、程序設計方法及主要抗干擾措施等。2 系統(tǒng)的組成及控制原理2.1 系統(tǒng)的組成根據工藝要求，噴涂系統(tǒng)總體結構示意圖如圖 1所示。噴涂工位34#5#6#73#7#2#1#8#9#圖1 噴涂系統(tǒng)總體結構示意圖輸供涂料系統(tǒng)包括：泵、涂料罐、涂料主管路循環(huán)回路及帶自動噴槍的涂料供漿裝置，并配有自動定量控制和調節(jié)系統(tǒng)。周邊設備主要有旋轉工作臺和線性物料輸送系統(tǒng)組成。旋1 轉工作臺是機器人的重要設備之一，可分為兩部分：一是轉動部分；二是用于毛坯傳輸

5、和夾緊定位部分。工作臺應該能在一定范圍內實現旋轉角度與速度的精確控制。這部分由交流伺服系統(tǒng)及高精度數控轉臺組成。旋轉工作臺采用三菱公司生產的通用交流伺服系統(tǒng)，并設置為位置/速度控制模式，由計算機進行控制模式的切換及位置指令脈沖串的輸出。用于毛坯傳輸和夾緊定位的裝置用電磁鐵固定于旋轉工作臺上。線性物料輸送系統(tǒng)包括上料和下料兩部分。5#工位為旋轉工作臺（即噴涂工位），其左右各有 4個工位。其中 2#、3#、8#、9#可作為臨時儲料位，均裝有光電開關以檢測坯料是否到達。輸送系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式，可隨時切換。2.2 控制原理在生產過程中，毛坯的輸送由 PLC控制，機器人和轉臺由計算機控制，它們

6、之間必須傳輸某些信息才能使傳輸與噴涂過程銜接起來。PLC、計算機與被控對象之間的關系如圖 2所示。轉臺伺服系統(tǒng)計算機PLC機器人控制器毛坯輸送系統(tǒng)圖2 PLC、計算機與被控對象之間的關系圖3 硬件和軟件設計3.1 PLC的選擇FX2n系列 PLC是 FX系列中最高級的模塊。它擁有無以匹及的速度、高級的功能、邏輯選件以及定位控制等特點，FX2n是從 16 到 256 路輸入/輸出的多種應用的選擇方案。本系統(tǒng)選擇 FX2N-48模型。3.2 PLC的 I/O定義根據 PLC 的選擇和控制要求分析，PLC 的輸入信號有 13 路，輸出信號有 18 路。具體定義如表 1所示。3.3 PLC與計算機之間

7、的通訊3.3.1 PLC與計算機的通訊連接在計算機與PLC集成控制系統(tǒng)中，一個關鍵的技術問題是計算機與PLC的信息傳遞。在上位機和下位機之間進行信息傳遞的方式很多，如網絡方式，485方式和RS232方式等。在本系統(tǒng)中，由于上下位機之間的距離較近，因此選用了RS232方式，其硬件連接示意圖如圖3所示。PLC端使用FX-232ADP串行通訊模塊，即PLC與計算機之間以RS232方式進行信息交換。PLC與計算機通訊之前需設置相互認可的參數，如波特率、停止位和奇偶校驗位等，PLC通訊參數通過寄存器D8120的位組合方式來選擇。3.3.2PLC與計算機的信息傳遞坯料到達噴涂工位后，與計算機的聯系是PLC

8、程序設計中至關重要的一部分。PLC與計算機之間有四種不同的信號，其動作順序如下：(1)當5#工位光電開關檢查到坯料到達信號時，一方面5#電機停轉，另一方面向計算機發(fā)出坯料到位信號RP(2)計算機收到這個信號后，立即向 PLC 發(fā)出應答坯料到位信號 ARP，同時向機器人控制器和轉臺伺服系統(tǒng)發(fā)出相應信號。PLC收到信號后，電磁鐵夾緊托盤將到位信號RP復位。2 TXRX計算機PLC通訊模塊GND圖3 PLC與計算機通訊連接示意圖表1I/O定義輸入輸出輸入信號X1功能說明輸出信號Y0功能說明1# 電機啟動按鈕1# 工位的電機控制信號2# 工位的電機控制信號3# 工位的電機控制信號4# 工位的電機控制信

9、號5# 工位的電機控制信號6# 工位的電機控制信號7# 工位的電機控制信號8# 工位的電機控制信號9# 工位的電機控制信號移載機3的上升電磁閥控制信號移載機3的下降電磁閥控制信號移載機7的上升電磁閥控制信號移載機7的下降電磁閥控制信號移載機3的電機控制信號移載機7的電機控制信號夾緊電磁鐵控制信號X22# 光電開關Y1X33# 光電開關Y2X45# 光電開關Y3X57# 光電開關Y4X68# 光電開關Y5X79# 光電開關Y6X10X11X12X13X14X15移載機3汽缸的上位行開關移載機3汽缸的下位行開關移載機7汽缸的上位行開關移載機7汽缸的下位行開關噴涂完畢信號SFY7Y10Y11Y12Y

10、13Y14Y15Y16Y17Y20Y21應答毛坯到位信號ARP坯料到位信號RP應答噴涂完畢信號ASF(3) 噴涂完畢后，計算機向PLC發(fā)出噴涂完畢信號SF，PLC收到此信號后，向計算機發(fā)出應答噴涂完畢信號ASF，同時夾緊電磁鐵松開，延時0.5s后5#電機啟動，將坯料送出。3.4軟件設計PLC與計算機之間的信息傳遞梯形圖程序如圖4所示。其中：M0為噴涂完畢狀態(tài)，M1為坯料到達狀態(tài)。4 主要抗干擾措施PLC 控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到生產線的正常運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關系到整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾。針對本系統(tǒng)實際運行環(huán)境主要采取了如下

11、：3 X 1 4X 4SM 0M 0RM 0X 3T 0K 5Y 4X 4Y 1 7Y 4X 4X 5T 0X 4SM 1X 1 5M 1M 0RSM 1Y 1 7Y 2 0Y 2 1圖4 PLC與計算機之間信息傳遞控制梯形圖4.1 采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網引入的干擾措施在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進入的。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容小、抑制帶大的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。此外，為保證電網饋點不中斷，可采用在線式不間斷供電電源（UP

12、S）供電，提高供電的安全可靠性。4.2 電纜選擇的敖設為了減少動力電纜輻射電磁干擾，尤其是變頻裝置饋電電纜。本系統(tǒng)采用了銅帶鎧裝屏蔽電力電纜，從而降低了動力線生產的電磁干擾。不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應按傳輸信號種類分層敖設，嚴禁用同一電纜的不同導線同時傳送動力電源和信號，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設，以減少電磁干擾。4.3 硬件濾波及軟件抗干擾措施信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。由于電磁干擾的復雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設計和組態(tài)時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一

13、步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數字濾波和工頻整形采樣；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點；采用信息冗余技術，設計相應的軟件標志位；采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。4.4正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是 PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，本系統(tǒng)采用直接接地方式。4 5 結束語該機器人噴涂生產線 PLC自動控制系統(tǒng)經過現場安裝調試，運行情況良好，達到了預期目標，充分發(fā)揮了 PLC 控制系統(tǒng)運行可靠，檢

14、測靈活，維護方便的優(yōu)點。系統(tǒng)操作簡便、開放性強、性能價格比。高系統(tǒng)的應用提高了上涂率,節(jié)省了涂料,降低了產品制造成本,并有利于環(huán)保。實現表明 PLC在傳統(tǒng)行業(yè)技術改造中是大有作為的。參考文獻1王海群等.基于S7-300PLC的高爐煤氣凈化系統(tǒng)J.微計算機信息,2006,1:33-352三菱公司FX2系列可編程序控制器使用手冊Z 2001,33齊從謙等.PLC技術及應用M.北京：機械工業(yè)出版社 2000,24吳建強等.可編程控制器原理及其應用M.黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學出版社 2002,75周 理等.對可編程序控制器控制系統(tǒng)的可靠性探討J.上海第二工業(yè)大學學報,2005,22(5):50-53創(chuàng)新

15、點：機器人噴涂同由PLC控制的坯料傳輸系統(tǒng)有機結合；PLC與計算機之間信息傳遞可靠性強，抗干擾措施有力；傳輸系統(tǒng)由手動和自動兩種運行方式，靈活性高。作者簡介：施慶平（1960-），男，漢族，上海人，講師，本科，上海第二工業(yè)大學計算機與信息學院教師，主要研究方向： 計算機控制技術及應用、管理信息系統(tǒng)和情報學信息服務技術等。author brief introduction: Shi Qing-ping, Male,born in 1960, Chinese, native placeShanghaicity,lecturer,undergraduate,teacheroftheComputerandInformationCollege,2nd Industry University of