基于 PLC的机器人打磨控制系统设计
摘要：机器人打磨技术越来越多的应用在工业领域，面对复杂的打磨工艺，机器人柔性加工变的越来越重要：针对这一问题设计开发了基于西门子PLC的和触摸屏的机器人打磨控制系统，阐述了控制系统的硬件组成、程序实现及一些关键的技术问题，生产实践证明此打磨控制系统运行稳定、操作灵活、满足工艺要求，有广阔的应用前景。
关键词：PLC；机器人打磨；自动化；软件设计
前言：随着机器人应用技术的发展，机器人打磨技术逐渐应用在各行各业，在实际应用中往往是很多个不同结构的工件都需要在该打磨设备上进行打磨，而且打磨要求也越来越严格，这就需要有上料系统、变位机、工具库（打磨头更换系统）等不同的单个系统共同组成一个完整的控制系统，机器人在控制系统的作用下协调各个部分来完成工件的打磨。为了解决这些需求，设计了一种机器人打磨控制系统，不但实现了机器人和各个部件之间的协调动作还可以与第三方设备通信，实现生产线的连续生产。
一、硬件组成
系统主要部件：工业6轴机器人用于携带打磨工具对工件打磨；变位机作为工件的打磨平台，由3KW伺服电机控制，在打磨过程中可根据工艺需要进行正反方向360°旋转，且其台面上配有工装板用于工件的定位、夹紧；工具库为密闭工具库，配有气缸控制的开关门，用于存放打磨工具和打磨头，且可以防止所存放的配件免受打磨粉尘的污染；该打磨系统需要多个打磨头、1个电主轴、1个轴向气主轴和1个径向气主轴。系统需要和机器人及第三方设备进行通信。系统控制总体机构如图1所示。
系统采用西门子PLC-1200（DC/DC/DC）做控制器，根据系统的控制要求和控制规模，需要的输入和输出点数分别为96和40。选择1个2*14Bit模拟量模块用来控制电主轴和伺服电机，且伺服电机的控制采用闭环，两个ET200SP作为分布式分别控制变位机和工具库。操作台独立设置，使用西门子10寸触摸屏组态操作画面作为人机界面的操作。与机器人和第三方设备通信均采用PROFINET IO通信。为了进行有效的安全防护，系统配有安全光栅用于加工过程中的防护。
PLC
第三方
工具库
变位机
机器人
触摸屏
伺服电机、夹具检测
传感器检测
快换夹具、电主轴、气主轴
图1系统控制总体结构图
二、软件设计
机器人自动打磨系统的功能：第三方设备来料系统将物料传送至机器人控制单元，机器人控制单元对工件进行打磨加工，在打磨的过程中，机器人通过控制变位机的旋转来选择不同的打磨角度，根据工艺要求选择相应的打磨工具和打磨头。总之，机器人控制单元在以机器人为核心的控制下，通过总线通信来进行变位机、主轴、工具库及第三方数据之间的信息传输，进而控制整个打磨过程。
系统采用梯形图语言编程，编程软件使用博途V16。整个控制系统由1个OB组织块（主程序）10个FC功能块（相当于子程序）和1个工艺对象组成。工艺对象为运动控制组态部分，
各个子程序分别为：系统诊断报警程序、系统状态程序、复位程序、伺服控制程序、工具盘控制程序、变位机控制程序、工具库控制程序、机器人自动启动程序、机器人通信及控制程序和第三方通信及控制程序。使用博途软件V16组态的网络视图如图2所示。
图2博途软件网络视图
plc模拟量怎么编程（一）系统工作流程
1.第三方设备生产线物料上料系统将带工件定位工装板的工件输送到上下料变位机的定位工装上，定位工装将工件锁紧，机器人加工区安全自动门关闭。
2.机器人打磨系统接到第三方设备生产线管控系统发来的零件型号及坐标位置偏差信息后，系统调取相应零件打磨程序，机器人系统根据坐标位置偏差信息进行算法运算及程序变更，并根据坐标计算数值对机器人程序做自动补偿；
3.机器人去毛刺系统工作站插补程序修改后，机器人执行各处的打磨加工，依据工艺需要可以更换不同打磨工具对加工件进行打磨，使工件打磨加工达到最佳效果。
4.加工完成后，机器人回零位，变位机将工件回零定位，加工区安全门打开。物流输送堆垛机将工装板及工件取出，完成单个工件加工流程。
（二）伺服电机控制程序设计
伺服电机采用模拟量闭环控制，在博途软件V16中组态工艺对象，选择模拟量控制方式，设置以下参数：①伺服驱动器分配模拟量、驱动输出、就绪输入信号点；②选择编码器及对应的高速计数器；③选择机械位移参数；④回零点方式选择主动回原点。设置完成后进行程序编写，调用指令块：MC_Power(启用轴）、MC_Rest（复位轴）、MC_Halt（停止轴）、MC_MoveAbsolute（绝对定位）、MC_MoveJog（手动控制）对旋转轴进行编程。
（三）电主轴控制程序设计
电主轴采用变频器控制，首先要设置变频器的参数：电压、电流、主轴级数、频率范围、停车方式、运转方向。电主轴安装在快换盘的副盘上，快换盘主盘安装在机器人第6轴法兰上，所以电主轴启动时首先要判断机器人是否抓取到了电主轴？抓取到的是电主轴还是气主轴？所以要对机器人抓取的工具类型进行判断，其次要判断快换盘是否锁紧，如果快换盘没有锁紧，在主轴的高速旋转中会脱落进而导致严重的故障，所以，在电主轴的启动程序设计时要加入这些安全的联锁。程序设计时调用高速计数器指令CTRL_HSC_EXT对转速进行计算后反馈给机器人系统。
（四）通信程序设计
PLC和机器人及第三方设备的通信采用PROFINET IO通信，在实际应用中通过交换机RJ45口，用网线将PLC和机器人及第三方设备连接到一起。PLC集成的PROFINET接口用于编程、HMI通信和PLC之间的通信。此外它还可以通过开放的以太网协议与第三方设备通信。
与机器人通信步骤及方法如下：①在博途V16中进行设备网络组态，在机器人控制器提取GS
D文件进行网络组态；②组态完毕后设置IP地址，需要注意的是机器人IP地址必须和PLC控制器IP地址在同一个网段，否则不能进行通信；③设置通信地址：对机器人的输入/输出点进行地址分配，根据系统控制要求，本设计分配64个字节输入/输出，分别映射到PLC地址IB100～IB163和QB100～QB163；④根据控制要求编写程序。机器人与PLC通信地址设置如图3所示。

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