王澤良

【摘要】智能制造是一門新興的技術(shù)，本文重點(diǎn)探討了智能制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)的原則技巧和方案。

【關(guān)鍵詞】智能制造;機(jī)器人;PLC

一、設(shè)備通訊與網(wǎng)絡(luò)搭建

1、博途軟件組態(tài)

首先把所有設(shè)備鏈路打通，通過網(wǎng)線把機(jī)床，機(jī)器人，計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接到局域網(wǎng)中，并設(shè)置IP地址在同一個子網(wǎng)，比如都是192.168.8.X，然后軟件中添加PLC型號，和HMI觸屏型號，組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)中把PLC和HMI連接起來。

2、數(shù)據(jù)塊與變量定義

實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，把完整加工流程分成各個單獨(dú)功能實(shí)訓(xùn)模塊，先局部檢測，再綜合考核。其中通訊中的數(shù)據(jù)塊和變量定義必須依據(jù)三個變量表，MES與PLC變量表、PLC IO信號表、機(jī)器人與PLC通訊變量表。數(shù)據(jù)塊必須取消優(yōu)化的塊訪問復(fù)選框。ROB數(shù)據(jù)塊由16個INT數(shù)據(jù)類型的R讀數(shù)組，和16個INT數(shù)據(jù)類型的W寫數(shù)組組成。MES數(shù)據(jù)塊分為1-60個INT類型的D數(shù)組，1-32個BOOL類型的L數(shù)組，DINT和INT預(yù)留字段，CX數(shù)組由2個16位BOOL類型組成。再相隔DINT和INT預(yù)留字段，然后是1-30個 料倉數(shù)據(jù)，每個料倉由1-4個INT類型數(shù)組。

3、通訊程序設(shè)計(jì)

PLC程序編寫是實(shí)訓(xùn)課程重點(diǎn)內(nèi)容，MODBUS TCP模塊，需要設(shè)置開放式用戶通信版本號。PLC與機(jī)器人通訊，機(jī)器人作為服務(wù)端，需要在機(jī)器人示教器上設(shè)置IP地址和端口號，PLC程序中使用兩個CLIENT塊，并設(shè)置通訊參數(shù)分別作為讀和寫。PLC與MES上位機(jī)軟件通訊，PLC端作為服務(wù)端，程序中使用SERVER塊，并設(shè)置通訊ID以及數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)存通訊數(shù)據(jù)。通過程序把IO引腳ID8傳送到MES數(shù)據(jù)塊DB2.DBD120絕對位置，實(shí)現(xiàn)30個料倉有無料的檢測功能顯示到上位機(jī)MES軟件上。從ROB.R[1]開始7個數(shù)據(jù)傳送到MES數(shù)據(jù)塊MES.D[45]實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)數(shù)據(jù)顯示到上位機(jī)MES軟件上。

二、PLC總控編程

1、PLC控制機(jī)床程序設(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)中機(jī)床加工是有危險的，采用PLC自動控制更是容易出現(xiàn)機(jī)器人撞壞機(jī)床安全門的可能，以及機(jī)床卡盤未松開導(dǎo)致機(jī)器人手抓撞壞的情況。教學(xué)中設(shè)計(jì)PLC觸屏手動控制功能，設(shè)計(jì)按鈕按下對應(yīng)變量置位，松開變量復(fù)位，PLC程序以該變量常開條件控制IO信號。系統(tǒng)試運(yùn)行前必須驗(yàn)證程序正確性安全性，通過機(jī)器人空爪，或者機(jī)床不聯(lián)機(jī)，設(shè)備互鎖等方式保障安全，并且要求教師掌控機(jī)器人示教器，控制運(yùn)行速度20%以內(nèi)，能隨時急停和中斷程序自動運(yùn)行。

加工完成信號下降沿狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊MES.D[53]置1告知上位機(jī)MES系統(tǒng)加工完成，然后清除加工信號，在倉庫上料完成后，再把數(shù)據(jù)塊MES.D[53]清零。

教學(xué)設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目執(zhí)行流程是，機(jī)器人向總控PLC申請對機(jī)床操作卡盤的松緊以及安全門的開關(guān)和清潔吹氣的時間控制操作。PLC收到請求通過檢查機(jī)床IO輸入引腳狀態(tài)， 再通過IO輸出信號控制機(jī)床執(zhí)行，完成機(jī)器人的請求。通過操作面板聯(lián)機(jī)旋鈕i0.4信號，PLC輸出信號Q2.0與Q4.0控制聯(lián)機(jī)機(jī)床設(shè)備。

上位機(jī)訂單功能對應(yīng)PLC程序設(shè)計(jì)：MES軟件功能按鈕，產(chǎn)線開啟，停止，復(fù)位命令與PLC三次握手，通過MES.D[1]數(shù)據(jù)塊不為0為條件，移動MES.D[1]數(shù)據(jù)到MES.D[31]，每次下降沿，再次移動MES.D[1]數(shù)據(jù)到MES.D[31]實(shí)現(xiàn)MES與PLC交互;上位機(jī)軟件的訂單啟動，會固定發(fā)送102命令碼給PLC，對應(yīng)的PLC程序設(shè)計(jì)中，檢測MES.D[1]數(shù)據(jù)是否102為條件，把MES.D[2]開始的3個數(shù)據(jù)傳送到MES.D[32]處，再根據(jù)傳送值確定機(jī)床和銑床，針對不同設(shè)備把上料號、下料號、設(shè)備號等數(shù)據(jù)傳送給機(jī)器人和上位機(jī)MES軟件;上位機(jī)的訂單節(jié)點(diǎn)需要收到PLC完成信號，才能繼續(xù)后面的流程，所以PLC需要等待機(jī)器人完成指定搬運(yùn)后的反饋信號，給MES軟件發(fā)送202完成信號，并在機(jī)床上料完成后，使用IO輸出信號Q2.1和Q4.1啟動車床或者銑床加工。并在三次握手后，確認(rèn)MES收到信號后清除202碼的發(fā)送。

2、PLC觸屏控制機(jī)器人單機(jī)上下料

實(shí)訓(xùn)中上位機(jī)通過訂單指揮機(jī)器人搬運(yùn)，在之前需要確認(rèn)機(jī)器人程序正確性與安全性。所以在PLC觸屏輸入上料位、下料位、設(shè)備號從而啟動機(jī)器人實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)，分別倉庫到車床，車床到倉庫，倉庫到銑床，銑床到倉庫，銑床到車床。但是不能一直發(fā)送這三個數(shù)據(jù)給機(jī)器人，否則機(jī)器人會重復(fù)執(zhí)行命令，因此單機(jī)搬運(yùn)需要當(dāng)機(jī)器人處于忙狀態(tài)時候，清除指令數(shù)據(jù)。而MES軟件訂單指令，也需要在機(jī)器人完成車床和銑床上下料以及倉庫上料完成的時候清除上料號、下料號、設(shè)備號這三個數(shù)據(jù)。

3、PLC控制機(jī)器人讀寫RFID

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中RFID通訊需要MODBUS（RTU）模塊，其中"Modbus_Comm_Load_DB"模塊用于設(shè)置串口端口和波特率以及交互數(shù)據(jù)塊地址，另外兩個"Modbus_Master_DB"數(shù)據(jù)塊，分別對應(yīng)RFID讀寫功能。為了保證每次讀寫完成后，才能進(jìn)行下一次的讀寫，需要定義READ_OK，WRITE_OK兩個變量確定完成與否，用于交互數(shù)據(jù)的RFID_DB數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)是2個BYTE，2個WORD，四個INT，1個WORD，除去具體交互的四個INT變量，其他變量初始值分別是2，3，0，8，0。

三、機(jī)器人搬運(yùn)編程

機(jī)器人實(shí)訓(xùn)教學(xué)，主要是各關(guān)節(jié)位置數(shù)據(jù)確定，以及運(yùn)動邏輯處理。首先掌握基本指令語法，循環(huán)、條件判定等邏輯，主程序設(shè)計(jì)分為上料、下料、換料，三個功能條件處理模塊。由上料號下料號設(shè)備號數(shù)值的不同組合確定。不同功能由一系列子程序調(diào)用構(gòu)成。子程序分別是取爪、放爪、倉庫取、倉庫放、車床放、車床取、銑床放、銑床取、單個倉位盤點(diǎn)、30個倉位循環(huán)盤點(diǎn)，還有USR_PLC.LIB程序?qū)ψ兞亢图拇嫫鬟M(jìn)行關(guān)聯(lián)。

三、結(jié)語

實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)以安全第一為基礎(chǔ)，盡量拆分成足夠細(xì)的功能模塊，不同模塊的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，組合成不同的實(shí)訓(xùn)課題，最終實(shí)現(xiàn)智能加工，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1] 智能制造是由大變強(qiáng)的主攻方向[N]. 胡春民.? 中國電子報. 2015-06-05 （001）

[2] 打造智能制造新高地要精準(zhǔn)施策[N]. 知新.? 西江日報. 2020-08-20 （005）