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1、 PLC在机器人喷涂生产线控制中的应用 施 庆 平（上海第二工业大学 上海 ）摘要：从系统的组成、控制原理和硬软件设计等方面，阐述了机器人喷涂生产线PLC（可编程控制器）自动控制过程。系统的实现表明PLC在传统行业技术改造中的作用。关键词：PLC；机器人；喷涂；控制系统；梯形图中图分类号：TP273.5文章编号：文献标识码：BApplication of PLC in Robot Spray Draw the Production Line ControlShi Qing Ping(University of the second industry in Shanghai, Shanghai
2、, 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 the tradition
3、al profession techniquereformation of function.Key words:PLC;Robot;Spray to draw;Control system;ladder1 引言喷涂是产品生产中的重要环节，但在传统的喷涂工艺方面，许多企业还在采用手工的方法，工人完全凭经验进行喷涂。由于工人的熟练程度和生产经验的差异，再加上疲劳程度和工作状态的影响，难以保证喷涂质量的稳定。另外，由于工作条件恶劣影响着工人身体健康，因此利用高新技术进行改造传统喷涂工艺是十分必要的。由于可编程控制器（PLC）具有体积小、抗干扰能力强、组态灵活等优点，因而在工业控制系统中得到非常广泛
4、的应用。关于整个机器人喷涂生产线的自动控制系统的详细设计与实现另文介绍，本文主要阐述该系统中用作下位机的可编程控制器的作用、与计算机的通讯、程序设计方法及主要抗干扰措施等。2 系统的组成及控制原理2.1 系统的组成根据工艺要求，喷涂系统总体结构示意图如图 1所示。喷涂工位34#5#6#73#7#2#1#8#9#图1 喷涂系统总体结构示意图输供涂料系统包括：泵、涂料罐、涂料主管路循环回路及带自动喷枪的涂料供浆装置，并配有自动定量控制和调节系统。周边设备主要有旋转工作台和线性物料输送系统组成。旋1 转工作台是机器人的重要设备之一，可分为两部分：一是转动部分；二是用于毛坯传输和夹紧定位部分。工作台应
5、该能在一定范围内实现旋转角度与速度的精确控制。这部分由交流伺服系统及高精度数控转台组成。旋转工作台采用三菱公司生产的通用交流伺服系统，并设置为位置/速度控制模式，由计算机进行控制模式的切换及位置指令脉冲串的输出。用于毛坯传输和夹紧定位的装置用电磁铁固定于旋转工作台上。线性物料输送系统包括上料和下料两部分。5#工位为旋转工作台（即喷涂工位），其左右各有 4个工位。其中 2#、3#、8#、9#可作为临时储料位，均装有光电开关以检测坯料是否到达。输送系统有手动和自动两种运行方式，可随时切换。2.2 控制原理在生产过程中，毛坯的输送由 PLC控制，机器人和转台由计算机控制，它们之间必须传输某些信息才能
6、使传输与喷涂过程衔接起来。PLC、计算机与被控对象之间的关系如图 2所示。转台伺服系统计算机PLC机器人控制器毛坯输送系统图2 PLC、计算机与被控对象之间的关系图3 硬件和软件设计3.1 PLC的选择FX2n系列 PLC是 FX系列中最高级的模块。它拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2n是从 16 到 256 路输入/输出的多种应用的选择方案。本系统选择 FX2N-48模型。3.2 PLC的 I/O定义根据 PLC 的选择和控制要求分析，PLC 的输入信号有 13 路，输出信号有 18 路。具体定义如表 1所示。3.3 PLC与计算机之间的通讯3.3.1 PLC
7、与计算机的通讯连接在计算机与PLC集成控制系统中，一个关键的技术问题是计算机与PLC的信息传递。在上位机和下位机之间进行信息传递的方式很多，如网络方式，485方式和RS232方式等。在本系统中，由于上下位机之间的距离较近，因此选用了RS232方式，其硬件连接示意图如图3所示。PLC端使用FX-232ADP串行通讯模块，即PLC与计算机之间以RS232方式进行信息交换。PLC与计算机通讯之前需设置相互认可的参数，如波特率、停止位和奇偶校验位等，PLC通讯参数通过寄存器D8120的位组合方式来选择。3.3.2PLC与计算机的信息传递坯料到达喷涂工位后，与计算机的联系是PLC程序设计中至关重要的一部
8、分。PLC与计算机之间有四种不同的信号，其动作顺序如下：(1)当5#工位光电开关检查到坯料到达信号时，一方面5#电机停转，另一方面向计算机发出坯料到位信号RP(2)计算机收到这个信号后，立即向 PLC 发出应答坯料到位信号 ARP，同时向机器人控制器和转台伺服系统发出相应信号。PLC收到信号后，电磁铁夹紧托盘将到位信号RP复位。2 TXRX计算机PLC通讯模块GND图3 PLC与计算机通讯连接示意图表1I/O定义输入输出输入信号X1功能说明输出信号Y0功能说明1# 电机启动按钮1# 工位的电机控制信号2# 工位的电机控制信号3# 工位的电机控制信号4# 工位的电机控制信号5# 工位的电机控制信
9、号6# 工位的电机控制信号7# 工位的电机控制信号8# 工位的电机控制信号9# 工位的电机控制信号移载机3的上升电磁阀控制信号移载机3的下降电磁阀控制信号移载机7的上升电磁阀控制信号移载机7的下降电磁阀控制信号移载机3的电机控制信号移载机7的电机控制信号夹紧电磁铁控制信号X22# 光电开关Y1X33# 光电开关Y2X45# 光电开关Y3X57# 光电开关Y4X68# 光电开关Y5X79# 光电开关Y6X10X11X12X13X14X15移载机3汽缸的上位行开关移载机3汽缸的下位行开关移载机7汽缸的上位行开关移载机7汽缸的下位行开关喷涂完毕信号SFY7Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y
10、17Y20Y21应答毛坯到位信号ARP坯料到位信号RP应答喷涂完毕信号ASF(3) 喷涂完毕后，计算机向PLC发出喷涂完毕信号SF，PLC收到此信号后，向计算机发出应答喷涂完毕信号ASF，同时夹紧电磁铁松开，延时0.5s后5#电机启动，将坯料送出。3.4软件设计PLC与计算机之间的信息传递梯形图程序如图4所示。其中：M0为喷涂完毕状态，M1为坯料到达状态。4 主要抗干扰措施PLC 控制系统的可靠性直接影响到生产线的正常运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰。针对本系统实际运行环境主要采取了如下：3 X 1 4X 4S
11、M 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图4 PLC与计算机之间信息传递控制梯形图4.1 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰措施在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大的配电器，以减少PLC系统的干扰。此外，为保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全
12、可靠性。4.2 电缆选择的敖设为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。本系统采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰。不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。4.3 硬件滤波及软件抗干扰措施信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用
13、的一些措施：数字滤波和工频整形采样；定时校正参考点电位，并采用动态零点；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。4.4正确选择接地点，完善接地系统接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是 PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，本系统采用直接接地方式。4 5 结束语该机器人喷涂生产线 PLC自动控制系统经过现场安装调试，运行情况良好，达到了预期目标，充分发挥了 PLC 控制系统运行可靠，检测灵活，维护方便的优点。
14、系统操作简便、开放性强、性能价格比。高系统的应用提高了上涂率,节省了涂料,降低了产品制造成本,并有利于环保。实现表明 PLC在传统行业技术改造中是大有作为的。参考文献1王海群等.基于S7-300PLC的高炉煤气净化系统J.微计算机信息,2006,1:33-352三菱公司FX2系列可编程序控制器使用手册Z 2001,33齐从谦等.PLC技术及应用M.北京：机械工业出版社 2000,24吴建强等.可编程控制器原理及其应用M.黑龙江：哈尔滨工业大学出版社 2002,75周 理等.对可编程序控制器控制系统的可靠性探讨J.上海第二工业大学学报,2005,22(5):50-53创新点：机器人喷涂同由PLC
15、控制的坯料传输系统有机结合；PLC与计算机之间信息传递可靠性强，抗干扰措施有力；传输系统由手动和自动两种运行方式，灵活性高。作者简介：施庆平（1960-），男，汉族，上海人，讲师，本科，上海第二工业大学计算机与信息学院教师，主要研究方向： 计算机控制技术及应用、管理信息系统和情报学信息服务技术等。author brief introduction: Shi Qing-ping, Male,born in 1960, Chinese, native placeShanghaicity,lecturer,undergraduate,teacheroftheComputerandInformationCollege,2nd Industry University of Shanghai. research field of Computer Control and MmanagementInformation System and Intelligence Report Service.( 上海第二工业大学)施庆平(UniversityofthesecondindustryinShanghai,Shanghai，China)ShiQing-ping通信地址：（上海盘古路临江二村28号403室）施庆平5