電氣自動化 基于PLC工業(yè)機(jī)器人視覺定位及自動碼垛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

緒論1.1本課題研究背景及意義上世紀(jì)60年代以后，西方國家掀起的“去工業(yè)化”給中國制造業(yè)的飛速發(fā)展提供了平臺，中國的制造業(yè)也因此一躍成為世界制造業(yè)排行榜NO.1。然而2008年的金融危機(jī)使得西方國家意識到制造業(yè)對本國經(jīng)濟(jì)的重大作用，為了解決產(chǎn)業(yè)“空心化”等問題，西方國家啟動“再工業(yè)化”，推動制造業(yè)的“回歸”。為了有效提升資源生產(chǎn)率和效益，一定程度上中和勞動力成本所帶來的壓力，西方國家提出了“工業(yè)4.0”，使得中國在國際制造業(yè)市場的份額變少，不過中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的機(jī)遇隨之而來。為適應(yīng)“工業(yè)4.0”所給我們的發(fā)展和發(fā)展提供新的契機(jī)和挑戰(zhàn)，我們于2015出臺《中國制造2025》，以期從“大”向“強(qiáng)的轉(zhuǎn)變”，而工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)控制軟件和設(shè)備互聯(lián)三大部分是“智能制造”的主要內(nèi)容。不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化的關(guān)鍵就是工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人的主要應(yīng)用范圍是生產(chǎn)制造，如弧焊領(lǐng)域、碼垛領(lǐng)域、搬運(yùn)領(lǐng)域、裝配領(lǐng)域、噴涂領(lǐng)域、打磨領(lǐng)域、折彎領(lǐng)域、涂膠領(lǐng)域等等。其中，碼垛依然是工業(yè)機(jī)器人的主要用途之一。國際機(jī)器人聯(lián)合會的多次報(bào)告顯示，中國曾接連幾年成為全球第一大且增長速度最快的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場，但因國外企業(yè)的壓制，國產(chǎn)品牌工業(yè)機(jī)器人的市場占有率雖有提升可仍舊較低。在自動生產(chǎn)線上，堆疊是將生產(chǎn)和輸送聯(lián)系起來的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而碼垛機(jī)則是為堆疊而專門研制的，是流水作業(yè)中不可或缺的堆疊設(shè)備。其主要作用是使堆疊工作更好，確保貨物的正確運(yùn)輸和打包。碼垛機(jī)器人主要應(yīng)用于生產(chǎn)線末端對已經(jīng)裝箱完畢的物料進(jìn)行搬運(yùn)堆碼，可同時(shí)完成對物料的抓取、提升、搬運(yùn)、碼放等一系列動作，其可在保證作業(yè)質(zhì)量的情況下，通過批量作業(yè)的方式節(jié)省了大量的勞動力，提高了工作效率。除此之外，碼垛機(jī)器人應(yīng)用的數(shù)量和質(zhì)量不僅在一定程度上代表一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)自動化的先進(jìn)水平，而且是一個(gè)國家工業(yè)自動化程度的一個(gè)重要標(biāo)志。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題，主要是結(jié)合碼垛機(jī)器人的運(yùn)動過程，在機(jī)器人控制系統(tǒng)上進(jìn)行運(yùn)動控制編程，最終得到碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)，用來解決機(jī)器人應(yīng)用工程師在利用通用六軸機(jī)器人進(jìn)行碼垛應(yīng)用時(shí)遇到的問題。在企業(yè)的實(shí)習(xí)過程中，觀察到由于企業(yè)對該品牌的機(jī)器人及其控制系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)間較短，在碼垛應(yīng)用方面沒有統(tǒng)一且完善的模板，出現(xiàn)了碼垛類項(xiàng)目交貨期延長的狀況，為此，提出研究題目——碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過參與一個(gè)碼垛項(xiàng)目，了解整個(gè)項(xiàng)目的內(nèi)容，即如何獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)從而確定機(jī)器人的參數(shù)，進(jìn)而選定機(jī)器人的型號；此外，還需確定機(jī)器人末端執(zhí)行器的種類和型號、機(jī)器人選用的編程平臺——機(jī)器人控制系統(tǒng)，之后根據(jù)客戶需求編寫相應(yīng)的程序。最終利用機(jī)器人控制系統(tǒng)的運(yùn)動控制編程，將碼垛的運(yùn)動過程整合成一個(gè)工程包，作為工程模板使用。既便于工程師完成碼垛類項(xiàng)目，也便于他人閱讀程序，有利于降低交貨期，提高碼垛機(jī)器人的可靠性，進(jìn)而加快國產(chǎn)機(jī)器人的應(yīng)用，推進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)智能化。1.2國內(nèi)外研究情況碼垛機(jī)器人是隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生的，而世界上最早的工業(yè)機(jī)器人誕生于1959年，制造領(lǐng)域也因此進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人時(shí)代。之后，隨著社會發(fā)展需求的不斷增大，工業(yè)機(jī)器人也得以快速發(fā)展。而最早出現(xiàn)的碼垛機(jī)器人是在上世紀(jì)70年代，主要用于物料的拾取、提升、搬運(yùn)和碼放。近年來，隨著《中國制造2025》的推出，國家企業(yè)加快推進(jìn)了工業(yè)自動化進(jìn)程，從而使碼垛機(jī)器人的應(yīng)用市場更加廣闊。1.2.1國外研究情況全電控式工業(yè)機(jī)器人IR86的誕生，意味著碼垛機(jī)器人開始進(jìn)入人們的視野。之后，隨著自動化、計(jì)算機(jī)技術(shù)、隨著碼垛機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，越來越多的先進(jìn)的堆碼機(jī)器人出現(xiàn)在世界各國，如德國的KUKA、瑞典的ABB、日本的安川、意大利的COMAU等。瑞典ABB公司推出的碼垛機(jī)器人的有效載荷分別為110kg、180kg、250kg以及450kg的，其中有效載荷為110kg的碼垛機(jī)器人編號為IRB460-110/2.4，如圖1.1，其號稱世界上最快的碼垛機(jī)器人，適合行尾碼垛和袋碼垛。從編號中可以知道該碼垛機(jī)器人的有效碼垛范圍為2400mm，而且，其可以達(dá)到每小時(shí)2190次循環(huán)，能承載60kg的負(fù)荷。同時(shí)，ABB公司配備的運(yùn)動控制軟件QuickMove和TrueMove確保了碼垛運(yùn)動平穩(wěn)，路徑準(zhǔn)確。圖1.1瑞典ABBIRB460-110/2.4碼垛機(jī)器人德國KUKA公司生產(chǎn)的KR40PA碼垛機(jī)器人的有效負(fù)載為40kg，工作區(qū)域?yàn)?091mm，如圖1.2，其提供了用于快速靈活碼垛單一類型包裝物的創(chuàng)新型碼垛軟件——KUKA.PalletTech，用戶可以輕松地利用該軟件實(shí)現(xiàn)碼垛功能。圖1.2德國KUKAKR40PA碼垛機(jī)器人1.2.2國內(nèi)研究狀況近年來，南京的ESTUN也以驚人的速度進(jìn)入了國內(nèi)的前列。作為我國第一家上市的機(jī)器人公司,擁有著相當(dāng)高的技術(shù)水平，并具有自己的技術(shù)，他們的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)彌補(bǔ)了國內(nèi)多項(xiàng)空白，其公司研制的SRM120A四軸碼堆碼機(jī)械手，其工作距離可達(dá)到2500毫米，可反復(fù)測量精度達(dá)到±0.2mm,每小時(shí)可完成1800次標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，同時(shí)配備了碼垛專用軟件包，對垛型、生產(chǎn)率等可進(jìn)行簡潔、直觀的設(shè)置，簡化示教流程。而精簡的零部件,高鋼性的手臂,保證了強(qiáng)大的負(fù)載能力,使其不僅可應(yīng)用于食品等輕工業(yè)領(lǐng)域,還可應(yīng)用于重工業(yè)領(lǐng)域.碼垛控制系統(tǒng)能根據(jù)自身末端執(zhí)行器、工件形狀以及生產(chǎn)線特點(diǎn)自動確定碼垛方式和碼垛順序,既保證了穩(wěn)定性,又簡化了人工操作過程,使碼垛更高效。圖1.3新松SRM120A系列碼垛機(jī)器人南京ESTUN作為國內(nèi)機(jī)器人技術(shù)龍頭，具備機(jī)器人全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢。在22年中國工業(yè)機(jī)器人出貨量的排名中位列第8名，其提供專用型-碼垛系列，主要有ER6-2-PL、ER12-24-PL、ER18-31-PL三種機(jī)器人。其中，ER6-2-PL系列機(jī)器人的最大負(fù)載能力是6kg，工作范圍可達(dá)2mm，重復(fù)定位精度為±.2mm,如圖1.4。圖1.4ESTUNER60-2000-PL系列碼垛機(jī)器人目前我國的大多碼垛機(jī)器人大部分為直角坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型。直角坐標(biāo)型機(jī)器人位置精度高、控制無耦合。關(guān)節(jié)機(jī)器人與直角坐標(biāo)型機(jī)器人相比擁有本體輕巧、工作范圍大等優(yōu)點(diǎn)。雖然我國在碼垛機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域取得了較大的成就，但是目前還處于發(fā)展階段，《中國制造2025》定下的目標(biāo)仍沒有實(shí)現(xiàn)，仍需要眾多科研工作者堅(jiān)持不懈地去攻破難關(guān)，研發(fā)出更加智能化、高效化的碼垛機(jī)器人。同時(shí)，還要面臨國際上其他國家的競爭，所以中國碼垛機(jī)器人的前途是充滿坎坷的，但未來趨勢是十分樂觀的。1.3本課題研究內(nèi)容應(yīng)用RobotStudio開發(fā)了一種用于處理自動化作業(yè)的自動化堆疊工位。本系統(tǒng)使用ABBIRB120和S7-1200系列工業(yè)機(jī)械臂,，4個(gè)位置的材料垂直存放區(qū)，4個(gè)位置的傾斜存放區(qū)，1個(gè)較大的工件堆放區(qū)。。PLC,4個(gè)位置的材料垂直存放區(qū)，4個(gè)位置的傾斜存放區(qū)，1個(gè)較大的工件堆放區(qū)。（1）編程簡單，使用方便在PLC的編程語言中，梯形圖語言通俗易懂，使用最多，它具有與繼電器電路原理圖相似的電路符號和表達(dá)方式，容易掌握，并能熟練編制簡單的用戶程序。（2）可靠性高PLC控制的軟件替代了中繼、中繼、時(shí)序等的邏輯控制器，從而降低了接觸頭和接線板的使用。減少由于觸頭觸頭失效的幾率，提髙了系統(tǒng)的可靠性，加強(qiáng)了抗干擾能力。（3）系統(tǒng)的開發(fā)（設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試）工作量少，周期短PLC采用編程方式進(jìn)行控制，降低了設(shè)計(jì)的麻煩；通過計(jì)算機(jī)模擬，調(diào)試，修改該方案可以降低現(xiàn)場的調(diào)試工作。在現(xiàn)場的調(diào)試過程中，如果出現(xiàn)問題，通常僅對使用者的軟件進(jìn)行更改?；蛘呱晕⑦M(jìn)行局部調(diào)整即可。（4）硬件配套齊全，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC已趨于系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，配備了齊全的硬件裝置，其編程語言和編程方法多種多樣，使用極其方便。當(dāng)硬件確定后，一般只需改變軟件程序內(nèi)容或者局部調(diào)整外圍電路，就可以進(jìn)行功能擴(kuò)展來滿足不同控制系統(tǒng)的需要，用戶沒有必要重新設(shè)計(jì)PLC的硬件設(shè)備，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。（5）維修方便PLC的失效幾率極低，具有很好的故障檢測能力，具有各種不同的故障檢測與展示方式，可以很輕松的找出故障源，快速地將故障切除或者是更換新的元件。（6）體積小、重量輕、能耗低PLC控制系統(tǒng)沒有繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等功能部件，采用軟件完成邏輯控制和控制，而且由于其體積較小，重量較輕，因此可以減少控制系統(tǒng)的能耗。（7）功能強(qiáng)，性價(jià)比高常規(guī)的中繼控制系統(tǒng)中，對中繼設(shè)備要求較高；只有像計(jì)數(shù)裝置這樣的功能部件，可以完成它的邏輯控制。PLC既可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量和模擬量的控制，又可以實(shí)現(xiàn)智能控制，機(jī)器人控制，閉環(huán)控制，運(yùn)動控制等。（8）通訊功能強(qiáng)、運(yùn)行效率高西門子S7-1200型號的PLC配備了很好的通訊能力，比如PROFIBUS-DP通訊；點(diǎn)對點(diǎn)通信，工業(yè)以太網(wǎng)通信、OPC通信、無線局域網(wǎng)通信、廣域網(wǎng)通信等。正是這些通信功能與現(xiàn)場總線技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的不斷結(jié)合，才提高了碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率。2搭建仿真平臺在完成虛擬模擬前，必須對其工作條件進(jìn)行描繪。該工藝要求有一個(gè)基礎(chǔ)的工作環(huán)境；一種機(jī)械的軀干。在這些項(xiàng)目中，我們利用SolidWorks的工作場所，材料和設(shè)備以同樣的比率在本地的試驗(yàn)室里進(jìn)行繪圖，機(jī)器人角色可以在RobotStudio中繪制或?qū)С觥?.1底座的建立（1）ABBRobotStudio作為兩個(gè)基座，以更好地仿真實(shí)際的工作環(huán)境。單機(jī)“建?！边x項(xiàng)卡，選擇“固體”中的“矩形體”。如圖2.1所示。圖2.1建立底座（2）創(chuàng)建兩個(gè)大小不一的矩形結(jié)構(gòu)，其第一個(gè)矩形體長寬高為300、800、150。第二個(gè)矩形物體的長度和寬度是800、1000、200。2.2工作臺和物料模型的導(dǎo)入（1）在SolidWorks中繪制出一個(gè)機(jī)器人平臺和材料組件的幾何模型，如圖2.2所示。圖2.2工作臺與物料模型（2）將工作臺模型和物料模塊模型進(jìn)行裝配，如圖2.3所示。圖2.3工作臺與物料配合（3）本工作臺共有8個(gè)材料模組，請留意四個(gè)材料模組的角度各不相同，左側(cè)四個(gè)與橫向的夾角為10度。最終的平臺和材料組件組裝如圖2.4，2.5所示。圖2.4工作臺物料裝配模型圖圖2.5工作臺物料裝配實(shí)體圖（4）將已繪制好的裝配模型引入RobotStudio，創(chuàng)建要被抓取的對象，在此期間，我們還可以任意調(diào)節(jié)每個(gè)幾何形狀的色彩，如圖2.6所示。 圖2.6底座為紅色和黃色（5）色彩變換完畢，接下來就是將剛繪制好的組裝體建模，在“基本”標(biāo)簽下面輸入“導(dǎo)入幾何體”，然后再點(diǎn)擊“瀏覽幾何體”，然后找出組裝主體1.SLDASM.文檔，便可以達(dá)到圖中所展示的效果。如圖2.7所示。圖2.7導(dǎo)入裝配體2.3改變位置（1）接下來，我們要對各幾何體進(jìn)行調(diào)整，以獲得最好的仿真結(jié)果。點(diǎn)擊捕獲中心功能，就可以在每個(gè)幾何物體上，自動地找出它們的側(cè)面和平面的中心。如圖2.8所示。圖2.8選中“捕捉中點(diǎn)”（2）在左邊的版面上尋找你要做的運(yùn)動，在右邊點(diǎn)擊“位置”，在“放置”里選擇“一個(gè)點(diǎn)”。如圖2.9所示。圖2.9選擇“一個(gè)點(diǎn)”（3）鼠標(biāo)在要放置的幾何體的邊中點(diǎn)上（由軟件自動給出），以及相應(yīng)于該幾何體邊中點(diǎn)的位置，單擊該應(yīng)用程序。如圖2.10，2.11所示。圖2.10點(diǎn)中幾何體邊的中點(diǎn)圖2.11位置的改變結(jié)果模型圖2.4機(jī)器人模型的導(dǎo)入（1）還可以參照前一幾何的操作流來運(yùn)動組裝件1。在安裝過程中，即使組裝件的角度沒有達(dá)到最好，也可以在組裝件上進(jìn)行轉(zhuǎn)動，但是必須要將安裝件的位置從地面到地面。在“位置”上單擊“旋轉(zhuǎn)”鍵，然后單擊鼠標(biāo)上的Z軸線，選定90度的轉(zhuǎn)動角，單擊鼠標(biāo)直到得到所需的結(jié)果。如圖2.12所示。圖2.12導(dǎo)入機(jī)器人（2）引入本系統(tǒng)，選取IRB120型機(jī)器人進(jìn)行虛擬模擬，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)械臂的自動控制與組裝。將此機(jī)器人引入后，會發(fā)現(xiàn)其與預(yù)定的幾何結(jié)構(gòu)相重合，我們將會將其放置于兩個(gè)基座的主要基座上。選擇捕捉中點(diǎn)功能，如圖2.13所示。圖2.13捕捉中點(diǎn)（3）在機(jī)器下方找出“位置”，按下“放置”按鈕，“一個(gè)點(diǎn)”，將鼠標(biāo)移至機(jī)器人的底部并拾起其中心點(diǎn)，然后按下大基座的中央，按一下程序就能得到所需結(jié)果，如圖2.14所示。圖2.14導(dǎo)入機(jī)器人2.5夾具的導(dǎo)入我們所采用的卡盤固定裝置與機(jī)械手進(jìn)行連接時(shí)，要求在機(jī)械手上裝有可移除的快速更換工位頭部。 圖2.15快換夾具工頭模型及實(shí)物圖圖2.16吸盤夾具模型及實(shí)物圖圖2.17機(jī)器人夾具實(shí)物圖（1）將在SolidWorks中繪制的夾頭組裝件圖形輸入到RobotStudio中，點(diǎn)擊“導(dǎo)入幾何體”以查找該夾緊組件的具體部位，并將其引入RobotStudio，如圖2.18所示。圖2.18導(dǎo)入夾具（2）將夾具裝配體繞X軸旋轉(zhuǎn)180度，如圖2.19所示。圖2.19旋轉(zhuǎn)180度（3）圍繞Z軸線轉(zhuǎn)動卡鉗組件，使其水平轉(zhuǎn)動，可以選取-1°的轉(zhuǎn)動角，單擊“應(yīng)用”，直到該卡鉗完成要求。如圖2.20所示。圖2.20調(diào)整位置（4）設(shè)定本地原點(diǎn)，改變?nèi)繀?shù)的位置皆為0。如圖2.21所示。圖2.21設(shè)置本地原點(diǎn)（5）創(chuàng)建工具及TCP的設(shè)定，單擊“創(chuàng)建工具”，如圖2.22所示。圖2.22創(chuàng)建工具（6）選取「使用已有部件」來選取剛輸入的固定裝置。點(diǎn)擊“下一步”按鈕。如圖2.23所示。圖2.23選中自己導(dǎo)入的夾具（7）用滑鼠勾取“捕捉中心點(diǎn)”功能，發(fā)現(xiàn)夾具吸盤的中心點(diǎn)并選取他，此點(diǎn)就是位置點(diǎn)。如圖2.24所示。圖2.24選中吸盤圓盤中心（8）建立TCP，便完成了工具的創(chuàng)建。如圖2.25所示。圖2.25完成創(chuàng)建工具步驟（9）將夾具導(dǎo)入到機(jī)器人中，由此連接至機(jī)器人。找到布局下的IRB120和MyNewTool。左擊MyNewTool將其它拖入IRB120，這時(shí)會出現(xiàn)“MyNewTool”的更新位置，如果需要，單擊便可。如圖2.26所示。圖2.26夾具導(dǎo)入機(jī)器人（10）這時(shí)，夾具已與機(jī)器人相連，不過，我們可以看出，在這時(shí)，該裝置的夾持角并非90°，必須進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)。在“布局”中找到IRB120，單擊右鍵，選擇“機(jī)械裝置手動關(guān)節(jié)”，把下面的數(shù)據(jù)改為90，如圖2.27所示。圖2.27調(diào)整夾具方向的兩步到這我們便結(jié)束了機(jī)器人碼垛工作站的建模。最終效果如圖2.28所示。圖2.28仿真平臺搭建完成3仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1仿真和離線編程的流程圖圖3.1RobotStudio虛擬仿真和離線編程的基本流程圖3.2Smart組件設(shè)計(jì)（1）新建Smart組件并添加LogicGate，Attacher，LineSensor和Detacher四個(gè)組件，如圖3.2所示：圖3.2添加完組件的Smart組件將屬性與連結(jié)按圖3.3所示設(shè)定：圖3.3屬性與連結(jié)設(shè)定3.3仿真運(yùn)行I/O信號（1）將I/O信號與連接按圖3.4所示設(shè)定：圖3.4I/O信號與連接設(shè)定3.4工作站邏輯整體設(shè)計(jì)框圖圖3.5工作站邏輯整體設(shè)計(jì)框圖3.5機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)置點(diǎn)擊“基本”“機(jī)器人系統(tǒng)”然后“從布局”，點(diǎn)擊“下一步”把語言改為中文即可，如圖3.6，3.7所示。圖3.6從布局創(chuàng)建系統(tǒng)圖3.7更改系統(tǒng)語言4PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1確定I/O設(shè)備及I/O信號首先先確定I/O信號，然后選擇PLC。首先要依據(jù)碼垛機(jī)器人工作原理、流程和所要完成的功能，判斷輸入與輸出的外圍設(shè)備。輸入信號主要包括：工作方式選擇需要手動、回原點(diǎn)、單步、單周期、連續(xù)共5個(gè)開關(guān)按鈕組成；限位開關(guān)共需要Z軸上限位、Z軸的上下限位、X軸的左右限位、Y軸的后移限位、中間位置限位、手抓旋轉(zhuǎn)定位檢測開關(guān)8個(gè)限位按鈕；碼垛機(jī)器人運(yùn)動需要Z軸的上升和下降、X軸的左擺和右擺、Y軸的前移和后移、手抓抓緊和放松8個(gè)按鈕來控制。另外還有停止按鈕、起動按鈕、緊急停車按鈕，共計(jì)24個(gè)輸出信號。輸出信號包括：X軸左右旋轉(zhuǎn)電磁閥、Z軸上升下降電磁閥、Y軸前移后移電磁閥、手抓抓緊電磁閥、手抓旋轉(zhuǎn)電磁閥共8個(gè)電磁閥來控制運(yùn)動過程；指示燈有9個(gè)分別為：電源指示燈、X軸左右旋轉(zhuǎn)指示燈、Z軸上升下降指示燈、Y軸前移后移指示燈、手抓旋轉(zhuǎn)手抓抓緊指示燈。共計(jì)17個(gè)輸出信號。4.2PLC選型PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，PLC機(jī)型，不光要滿足控制功能的需求，也要保證可靠的性能、安全性能以及性能性價(jià)比。S7-1200系列S7-31XC緊湊型PLC功能強(qiáng)大指令豐富，支持多種通信協(xié)議。如圖4.1所示是S7-1200型號的PLC。圖4.1S7-1200型號的PLC（2）確定I/O點(diǎn)數(shù)一般，I/O信號與I/O點(diǎn)數(shù)是一對一的PLC輸入輸出信道根據(jù)其機(jī)型而定，根據(jù)PLC的型號，I/O通道的范圍也是不一樣的。從上面的數(shù)據(jù)可以看到，這個(gè)控制系統(tǒng)總共有24個(gè)按鍵，而這個(gè)按鍵的輸出是17個(gè)。另外，對應(yīng)的位存儲器（M）信號也被設(shè)定，大概需要15個(gè)位存儲器信號。該系統(tǒng)共計(jì)24個(gè)輸入量，大約需要32個(gè)輸出量。在確定I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)來確定控制系統(tǒng)，一般要預(yù)留10%~15%的備用量。（3）確定PLC存儲容量不同的用戶所編寫的程序一般不會相同，并且不同的程序所占有的內(nèi)存容量也不會相同，用戶程序所占內(nèi)存容量，除了與I/O點(diǎn)數(shù)和程序結(jié)構(gòu)有關(guān)之外，還與運(yùn)算處理量和控制要求等許多因素有關(guān)。通常情況下，在確定PLC的存儲容量時(shí)，往往考慮留有10陽_15%的備用裕量。因此，存儲容量的精確計(jì)算是很難的，一般都是通過粗略的估算來大致上確定。存儲容量=。1x10+DOx100（4.1）其中：DI為數(shù)字量的I/O點(diǎn)數(shù)DO為模擬量的I/O通道數(shù)。（4）電源模塊在選用電源模塊時(shí)，一般僅需對其進(jìn)行功率控制。PLC采用直流24V、直流5V的穩(wěn)定電亞，其輸出端的電壓通常是交流220V。額定的電流必須比處理器中的功耗之和要高。本控制系統(tǒng)所采用的電源名稱PS3075A，負(fù)載電流交流電壓、電源為120/230VAC:24VDC/5A。綜上所述，本文選擇了西門子S7-1200系列314C-2DP的緊湊型型PLC。4.3I/O地址分配I/O的地址分配是PLC控制的基本和前提，在繪制好PLC的電路板和編制電路板前，應(yīng)先明確輸入與輸出的位置。I/O地址由三部分構(gòu)成：地址標(biāo)識符，位部分，地址字節(jié)部分。在地址示符中，輸入由I代表，輸出由Q代表，位儲存器間用M表示。4.4外部接線設(shè)計(jì)在PLC選型和I/O地址分配完成之后，按照PLC的原理進(jìn)行PLC外接電線的設(shè)計(jì)。PLC的外接線主要包括電源、接地、輸入和輸出。（1）電源PLC的輸入端采用直流電源，其電壓一般是24V或5V，而輸出端則采用交流電源，其電壓為220V。（2）接地一般情況下，由于各種因素的限制，PLC可以不用電連接。而在PLC的實(shí)際控制系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)盡可能采用PLC的接地方式，抑制干擾源的干擾。（3）輸入端在PLC的輸如電路中，可以采用常開或常閉觸點(diǎn)，但應(yīng)盡可能采用常開出點(diǎn)。在外接輸入線路的設(shè)計(jì)中，通常采用觸點(diǎn)串聯(lián)或并行組成的線路，以降低I/O的輸出點(diǎn)數(shù)。（4）輸出端在PLC的輸出電路中，采用與之配套的硬件互鎖電路，才能確保PLC的安全工作。另外，在PLC以外，還有一個(gè)急停電路，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件或危及人員生命的時(shí)候，通過設(shè)定的緊急停車裝置，及時(shí)切斷事故，將造成的損害降到最低。圖4.2顯示了PLC的外接線。圖4.2PLC的外部接線圖4.5控制面板設(shè)計(jì)在本課題所研究的碼垛機(jī)器人的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一共設(shè)計(jì)了5個(gè)工作模式開關(guān)，2個(gè)起停開關(guān)按鈕，1個(gè)緊急停車按鈕，1個(gè)負(fù)載電源按鈕，6個(gè)手動行程開關(guān)按鈕，8個(gè)位置檢測限位開關(guān)按鈕，2個(gè)手抓夾放按鈕，共計(jì)24個(gè)輸入信號按鈕。此外，還設(shè)置了9個(gè)工作指示燈，其操作面板如圖4.3所示。圖4.3操作面板5系統(tǒng)編程與仿真本章介紹了示教器的編程和程序的分析。只要程序正確，就可以進(jìn)行虛擬模擬，并在這章中給出模擬的結(jié)論。5.1碼垛搬運(yùn)工作站需要用到基礎(chǔ)的語言（1）線性運(yùn)動指令———MoveL（2）偏移指令—————Offs（3）重復(fù)執(zhí)行判斷指令—FOR（4）停頓等待—————WaitTime（5）賦值指令—————：=（6）程序調(diào)用指令———PROC（7）數(shù)字信號置位指令—Set（8）數(shù)字信號復(fù)位指令—Reset（9）變量判斷邏輯指令—TEST5.2RAPID程序編輯（1）打開虛擬示教器，調(diào)成手動模式并且上電，如圖5.1所示。圖5.1更改操作模式（2）打開程序編輯器新建例行程序，如圖5.2所示。圖5.2新建例行程序（3）建立一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)位于程序數(shù)據(jù)-robtarget中，如圖5.3所示。圖5.3新建目標(biāo)點(diǎn)位（4）移動到虛擬模擬平臺，將機(jī)器人夾具移動到相應(yīng)的點(diǎn)位，如圖5.4所示。圖5.4控制機(jī)器人移動（5）移回虛擬示教器，修改目標(biāo)點(diǎn)位位置，如圖5.5所示。（6）在修改點(diǎn)位D與X之前可以先導(dǎo)入?yún)⒄瘴锬K，以X、D點(diǎn)位為例子，如圖5.6所示。圖5.6以模塊為參照物（7）然后打開程序編輯器，按照4.3程序注釋中的程序編程。5.3程序注釋PROCmain()//主程序調(diào)用MoveLHOME，v1000，fine，tool0;//線性運(yùn)動到HOME點(diǎn)，v代表運(yùn)動速度數(shù)據(jù)，1000代表1000mm/s。fine位置為z代表轉(zhuǎn)彎區(qū)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)彎區(qū)數(shù)值越大機(jī)器人的動作越流暢，圓滑，而fine則是代表TCP目標(biāo)點(diǎn)就位后會減速至停止，停頓一下之后再進(jìn)行下一個(gè)指令。tool0代表工具坐標(biāo)數(shù)據(jù)。結(jié)論通過這段時(shí)間對設(shè)計(jì)，完成了一下幾項(xiàng)工作：（1）了解了ABB機(jī)器人的工作原理，并很成功很熟練的進(jìn)行了實(shí)際操作（2）學(xué)習(xí)如何使用RobotStudio，并對機(jī)器人搬運(yùn)碼垛進(jìn)行了虛擬仿真。這時(shí)，在對該問題進(jìn)行虛擬仿真和布置的時(shí)候，出現(xiàn)了很多問題。在模型制作期間，我對物體進(jìn)行了測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)尺寸不對。不過，在這個(gè)進(jìn)程中，Solidworks模式可以更好更有效的整合。在Robotstudio的實(shí)現(xiàn)中，對其使用并不熟悉