車銑復合類零件加工的智能生產線搭建

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1、 本科畢業論文（設計） 論 文 題 目 ： 車銑復合類零件加工的智能生產線搭建 與仿真實現 姓 名 ： 學 號 ： 班 級 ： 年 級 ： 專 業 ： 學 院 ： 指 導 教 師 ： 完 成 時 間 ： 本科畢業論文（設計）專用 摘 要 隨著國家對中國制造 2025 的規劃，中國制造業企業逐漸從自動化向智能制造轉型， 智能制造產線可以對傳統制造業進行革新，傳統制造業廣泛應用于汽車制造、航

2、空航天、 船舶業等等相關傳統行業。制造業屬于第二產業，其領域涉及廣泛，包含了民生、教育、 互聯網等等都會基于制造業發展。智能制造類型廣泛，對于傳統制造業設備自動化程度高， 但智能化程度不高，為了使得產線更加智能化必須保證最基本的智能制造單元的運行。 本文以切削加工智能制造單元為研究對象，針對車銑復合類零件加工的智能生產線搭 建與仿真實現展開研究與設計，首先分析最基本智能制造單元的組成分別為：數控車床， 加工中心，帶地軌軸的七軸工業機器人，總控 PLC 軟件，MES 系統，立體化料倉，中央 控制系統，RFID 讀寫器以及 RFID 芯片等相關設備及軟件。首先通過智能產線數字孿生虛 擬調試軟件對

3、產線進行搭建，其次對機器人進行編程，利用 CAXA 軟件對零件建模并進行 刀軌自動編程，對 PLC 進行編程，利用智能制造單元理實一體化平臺將上述程序進行可靠 性仿真并生成仿真動畫。 本設計合理的搭建了切削加工智能制造單元，并編寫了相關程序，解決了切削加工智 能制造單元的基本運行以及原理。利用智能制造單元理實一體化平臺對產線搭建、編寫程 序進行仿真，驗證了車銑復合類零件加工的智能生產線搭建與仿真運行的合理性，對實際 的車銑復合類零件加工的智能生產線運行具有良好的指導作用。 關鍵詞：車銑復合加工；智能生產線；系統搭建與仿真 Abstract With the nati

4、onal plan of "Made in China 2025", Chinese manufacturing enterprises are gradually transforming from automation to intelligent manufacturing. Intelligent manufacturing production line can innovate traditional manufacturing industry, which is widely used in automobile manufacturing, aerospace, shippi

5、ng and other related traditional industries. As a secondary industry, manufacturing industry involves a wide range of fields, including people's livelihood, education, the Internet and so on. Intelligent manufacturing has a wide range of types. For traditional manufacturing equipment, the degree of

6、automation is high, but the degree of intelligence is not high. In order to make the production line more intelligent, the operation of the most basic intelligent manufacturing unit must be guaranteed. In this paper, the cutting intelligent manufacturing unit is taken as the research object, aimin

7、g at the intelligent production line construction and simulation implementation of turning and milling composite parts processing research and design. Firstly, the composition of the most basic intelligent manufacturing unit is analyzed as follows: CNC lathes, processing centers, seven-axis industri

8、al robots with earth rail axis, total control PLC software, MES system, three-dimensional silo, central control system, RFID reader and RFID chip and other related equipment and software. Firstly, the production line was built through the digital twinning virtual debugging software of the intelligen

9、t production line. Secondly, the robot was programmed. CAXA software was used to model the parts and carry out automatic programming of the tool track, PLC was programmed. This design reasonably set up the cutting intelligent manufacturing unit, and write the relevant program, solve the basic opera

10、tion and principle of the cutting intelligent manufacturing unit. By using the integrated platform of intelligent manufacturing unit theory and reality to build production line and write program simulation, the rationality of intelligent production line construction and simulation operation of turni

11、ng milling composite parts processing is verified, which has a good guiding role for the actual intelligent production line operation of turning milling composite parts processing. Key words:Turn-milling composite machining; Intelligent production line; System construction and simulation 目

12、 錄 1 引 論 1 1.1 論文的研究目的及意義 1 1.2 國內外研究現狀 1 1.3 研究內容 2 2 車銑復合加工智能制造單元產線布局及搭建 3 2.1 車銑復合加工智能制造單元產線布局 3 2.2 智能產線數字孿生虛擬系統搭建 6 3 車銑復合加工智能制造單元各模塊編程 8 3.1 工業機器人程序設計思路及編程 8 3.2 PLC 程序設計思路及編程 21 3.3 CAXA 計算機輔助制造數控加工編程 25 4 車銑復合類零件加工智能產線控制流程圖及聯調仿真 46 4.1 車銑復合類零件加工智能產線控制流程圖 46 4.2 車銑復合類零件

13、加工智能制造產線聯調仿真 48 5 結 語 49 參考文獻 50 致 謝 51 附 錄 52 1 引 論 1.1 論文的研究目的及意義 目的：以切削加工智能制造單元為研究對象，針對車銑復合類零件加工的智能生產線 搭建與仿真實現展開研究與設計，分析切削加工智能制造單元的設備組成以及切削加工智 能制造單元的工作原理，掌握組成設備的應用以及設備與設備之間的通訊，通過對各類設 備的編程，以及設備之間的通訊編程，將程序導入至智能制造理實一體化平臺對程序進行 驗證，目的是更深層次了解切削加工智能制造單元同時對實際車銑復合類零件加工的智能 生產線運行具有良好的指導作用。 意

14、義：智能制造是基于 21 世紀信息時代與 21 世紀先進制造技術的融合，其作用貫穿 有關制造的多個環節，智能制造就是具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應的新 型生產方式，同時智能制造產線具有高度柔性化，可以根據產品需求定制，解決了自動化 只能單一批量生產的問題，且智能產線是具有智能化和高度集成的特點。隨著先進制造技 術、信息技術、人工智能、大數據分析等技術的發展，智能制造將在企業中得到廣泛的應 用和改進，智能制造產線將會革新傳統的自動化產線。 1.2 國內外研究現狀 國外研究現狀： 1988 年智能制造概念的提出是由美國紐約大學教授懷特（ P.K.Wright ） 和布恩 （DA

15、.Bourne）出版了書籍《智能制造》2011 年美國實施“先進制造伙伴計劃”戰略該計劃 重新規劃了美國制造業發展戰略方向，同時研究更加先進的材料勇于工業，研究新型制造 工藝以及基于互聯網的新一代工業機器人來實現制造業由自動化向智能化的升級。 2013 年德國提出“工業 4.0”計劃，德國將“工業 4.0”上升為國家戰略層，希望做第四次 工業革命的引領者，通過工業網絡、多傳感技術、信息集成技術、將各式工業制造單元模 塊化，通過信息集成將原材料信息借助于工業互聯網實現信息交互，使得機器可以做到自 主決策，自感知，同時使得生產柔性化程度更高，個性化程度更高，同時智能制造系統還 可以利用智能物流管

16、理系統和社交網絡，整合物資信息，實現物料信息快速匹配，提高生 產效率和柔性程度 2014 年英國開展“高價值制造”戰略 2015 日本頒布“機器人新戰略”大力發展網絡信息技術，以信息技術推動制造業發展。 通過發展協同機器人、多功能電子設備、智能機床和物聯網技術打造先進的無人化智能工 廠。日本制造業十分注重自動化、信息化與傳統制造業的融合，由于日本為老牌工業強國， 已經廣泛的普及了工業機器人，通過信息技術與智能設備的結合大大提高生產效率和生產 穩定性。 9 2016 年歐盟頒布“數字化歐洲工業計劃”歐盟的工業計劃是在各國戰略基礎上提出的 數字化歐洲工業計劃，該計劃期望利用

17、云計算和大數據技術有效結合起來提升大數據在工 業智能化方面的競爭力。 國內研究現狀： 在 2010 年后各國相繼推出了自己有關于智能制造的方案，于 2015 年中國提出《中國 制造 2025》國家行動綱領，中國智能制造的重點領域主要體現在：加快機械、航空、船舶 等相關制造行業的生產設備的智能化改造，統籌布局和推動智能交通、智能工程機械、服 務機器人等等。其實我國對智能制造的研究始于 20 世紀八十年代取得了一些成果，但是 沒有形成完整的研究體系，現如今我國在智能制造等制造業發展明顯較快，但相對于制造 業強國我國的綜合競爭能力較弱，根據國內制造業的智能化實際情況來看，智能化只是解 決了制造效

18、率低和精度低的問題，還沒達到正真意義上智能制造的五大特點既自感知、自 執行、自適應、自決策、自學習。但是不論是我國還是國外都在為這個目標努力奮斗。 我國智能制造發展中也存在需要解決的問題：一是自主創新能力不強，核心技術對外 依靠較高。二是智能裝備制造標準化普及不夠，企業建設沒有統一的標準。三是工業大數 據應用價值還沒有充分的挖掘。四是智能制造相關的現代服務業發展滯后。為此，制造業 智能化的發展需要我們繼續努力研究。 1.3 研究內容 研究對象：“車銑復合類零件加工的智能產線系統搭建與仿真”為研究對象。 研究內容：本次畢業設計研究內容是“車銑復合類零件加工的智能生產線搭建與仿真” 的程序

19、設計及系統搭建仿真，車銑復合類零件加工的智能生產線搭建與仿真中主要包含了 切削加工智能制造單元中涉及到的 PLC 編程、工業機器人編程、CAXA 軟件應用、MES 系統應用以及理實一體化平臺聯調仿真，本次論文將詳細介紹工業機器人編程及 CAXA 軟 件應用，其余程序及仿真視頻主要以附件形式放置附錄七中。 2 車銑復合加工智能制造單元產線布局及搭建 2.1 車銑復合加工智能制造單元產線布局 為了使得智能制造產線完整搭建，擬使用智能產線數字孿生虛擬調試軟件搭建智能制 造產線，切削加工智能制造單元硬件清單如下： 表 2.1 智能制造單元硬件清單 1、數控車床 ——自動化接口

20、，配攝像頭 2、加工中心(三軸)——自動化接口，配攝像頭、在線檢測 3、工業機器人——定制行走式機器人 4、機器人夾具——三種夾具，配快換系統 5、機器人導軌——有效行程 3.8 米，總長 5 米 6、立體倉庫——設 5 層 6 列共 30 個倉位，含安全門、開關按鈕、RFID 檢測設備、光電開關及指示燈 7、在線測量裝置——用于加工中心 8、零點定位系統——用于加工中心 9、可視化系統及顯示終端——顯示機床運行狀態，工件加工情況、加工效果、加工日志、數據統計等 10、中央電氣控制系統——負責周邊設備及機器人控制，實現智能制造單元的流程和邏輯總控 11、安全防護系統——防止

21、意外闖入、保護人員安全 12、RFID 讀寫器及 RFID 芯片——工件加工狀態、加工信息等的讀寫 13、編程和設計工位計算機——參考具體技術參數 圖 2.1 數控車床 ——自動化接口，配攝像頭 圖 2.2 加工中心(三軸)——自動化接口，配攝像頭、在線檢測 在線測量裝置——用于加工中心 零點定位系統——用于加工中心 圖 2.3 工業機器人——定制行走式機器人 機器人導軌——有效行程 3.8 米，總長 5 米 圖 2.4 機器人夾具——三種夾具，配快換系統 圖 2.5 立體倉庫——設 5

22、層 6 列共 30 個倉位，含安全門、 開關按鈕、RFID 檢測設備、光電開關及指示燈 圖 2.6 中央電氣控制系統——負責周邊設備及機器人控制， 實現智能制造單元的流程和邏輯總控 圖 2.7 安全防護系統——防止意外闖入、保護人員安全 圖 2.8 RFID 讀寫器及 RFID 芯片——工件加工狀態、加工信息等的讀寫 2.2 智能產線數字孿生虛擬系統搭建 圖 2.9 智能制造產線整體視圖 圖 2.10 切削加工智能制造單元布局 3 車銑復合加工智能制造單元各模塊編程 3.1 工業機器人程序設

23、計思路及編程 工業機器人是面向于工業領域的多關節機械臂是一類機械裝置，通過機器人的末端操 作器可以使得工業機器人適用于不同的場景，工業機器人末端操作器為模塊化設備，可以 更換為夾爪、焊槍、吸盤等等，其作為車銑復合類零件的智能產線中重要的搬運設備，其 末端操作器為夾爪，其功能為將零件在料倉、數控車床、數控加工中心之間搬運和精確放 置的設備對于智能產線來說是一個具有超強執行力的搬運工。在智能制造車銑復合加工零 件的智能生產線中對比一般的六軸工業機器人，智能制造產線的工業機器人添加一個地軌 軸從而來滿足機械臂游走于各類設備之間。為了使得產線智能化可視化，智能制造產線的 工業機器人在末端操作器上會安

24、置 RFID 讀寫器，以便于將工件信息讀取或寫入相關芯片， 從而使得工件狀態可視化。車銑復合類零件加工的智能生產線中機器人程序組成如圖所示： 圖 3.1 工業機器人程序圖 3.1.1 工業機器人主程序構架及主程序編程 在車銑復合零件加工的智能生產線中工業機器人的主程序作用先是先復位所有的寄 存器，因為我們不能保證每次寄存器的狀態都是我們理想的狀態，循環檢查 PLC 發來的寄 存器信號，通過寄存器信號來判斷機器人是進行料倉盤點還是進行訂單生產，若進行料倉 盤點，等料倉信息盤點完畢之后再進行訂單生產，訂單生產時判斷機器人末端操作器上是 否為目標爪，若是目標爪則通過判斷開始

25、準備料倉取料、車床取料、加工中心取料，若機 器人末端操作器為非目標爪通過調用換爪程序換取為目標爪，再進行判斷，若判斷為料倉 取料則需要再次進行判斷是進行車床放料還是加工中心放料，若判斷為車床取料或者加工 中心取料則直接進行料倉放料。主程序流程圖如圖所示： 圖 3.2 主程序流程圖 表 3.1 機器人點位表 名稱 寄存器 名稱 寄存器 名稱 寄存器 名稱 寄存器 原點 JR[0] 小圓爪精確點 LR[1] 倉位 1 LR[10] RFID1 LR[20] 快換地軌點 JR[2] 大圓爪精確點 LR[2] 倉位 6 LR[11] RFID6

26、 LR[21] 快換過渡點 JR[3] 方爪精確點 LR[3] 倉位 7 LR[12] RFID25 LR[22] 料倉及 RFID JR[4] 車小圓精確點 LR[4] 倉位 12 LR[13] 地軌點 料倉過渡點 JR[5] 車大圓精確點 LR[5] 倉位 13 LR[14] X+150 Z+20 LR[30] RFID 過渡點 JR[6] 銑大圓精確點 LR[6] 倉位 18 LR[15] Z+20 LR[31] 車床地軌點 JR[7] 銑方料

27、精確點 LR[7] 倉位 19 LR[16] Z+200 LR[32] 車床過渡點 JR[8] 倉位 24 LR[17] Y+50 LR[33] 加工中心地軌點 JR[9] 列偏數 LR[40] 倉位 25 LR[18] Y+200 Z+100 LR[34] 加工中心過渡點 1 JR[10] 行偏數 LR[41] 倉位 30 LR[19] Z+100 LR[35] 加工中心過渡點 2 JR[11] 精確點 LR[42] Y+200 LR[36] Y-100

28、LR[37] X+200 LR[38] 工業機器人主程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“主程序” WAIT DO[100] = ON LBL[1]//跳轉標簽循環掃描 R[11] = 0//取料位置響應清零 R[12] = 0//放料位置響應清零 R[13] = 0//設備號響應清零 R[14] = 0//RFID 響應清零 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態清零 R[90] = 0//工業機

29、器人運行狀態清零 IF R[15]=0 AND R[16]=0 AND R[17]=0 AND R[23]=0 , GOTO LBL[1] //如果取料位狀態為 0、放料位狀態為 0、設備號響應為 0、RFID 讀寫為 0 則跳轉至標 簽[1] IF R[23]=1 , CALL "LCPD.PRG"http://如果 RFID 讀寫狀態為 1 也就是讀取 RFID，則調用 子程序“料倉盤點” WAIT R[25] = 1//等待確認信號狀態為 1 R[11] = R[15]//取料位置響應為取料位 19 R[12] = R[16]//放料位置響應為放料位 R[13] = R

30、[17]//設備號響應設備號 R[90] = 1//工業機器人運行狀態為 1 也就是工業機器人運行狀態為忙 IF R[10]=0 , CALL "QZ.PRG"http://如果機器人當前手爪狀態為 0，也就是沒有夾爪的時 候調用子程序“取爪”程序 IF R[10]<>0 AND R[10]<>R[21] , CALL "HZ.PRG"http://如果機器人當前手爪狀態不為 0， 也就是有夾爪同時判斷機器人當前手爪不是應取手爪則調用子程序“換爪”程序 IF R[11]<>0 AND R[12]=0 AND R[13]<>0 , CALL "KQ.PRG"http://如果取料位置響應不為 0、放料位置為 0、

31、設備號響應不為 0 則調用子程序“料倉取料”程序 IF R[11]=0 AND R[12]<>0 AND R[13]=1 , CALL "CQ.PRG"http://如果取料位置響應為 0、 放料位置響應不為 0、設備號響應為 1（車床）則調用子程序“車床取料”程序 IF R[11]=0 AND R[12]<>0 AND R[13]=2 , CALL "XQ.PRG"http://如果取料位置響應為 0、 放料位置響應不為 0、設備號響應為 2（加工中心）則調用子程序“加工中心取料”程序 J JR[0]//關節運動到原點 GOTO LBL[1]//跳轉至標簽 1 3.1.2 工業機器人車

32、床取料放料程序編程 在車銑復合類零件加工的智能生產線中車床取料、車床放料的機器人作為子程序，也 是不可或缺的，由于是針對車銑復合類零件，所以產線中必然會涉及到如何進行車床放料 和下料的過程，首先我們需要定義由于零件的不同所導致的夾爪的差異，為此在車床取料 和放料的精確點不完全相同，所以我們首先要定義車床取料放料的精確點保證機器人在放 料取料過程中的無誤，詳細的編程及思路見下程序及注解。 工業機器人車床取料： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“車床取料”

33、 LR[42] = LR[R[10]+3]//定義車床取料精確點 WAIT R[19] = 0//等待車床安全門打開 J JR[7]//關節運動到車床地軌點 J JR[8]//關節運動到車床過渡點 L LR[42]+LR[38]//直線運動到車床取料精確點 X 方向+200 L LR[42] VEL=200//直線運動到車床取料精確點運動速度為 200 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = ON DO[3] = OFF//夾爪閉合夾取物料 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 3//寄存器 R[23]為車床卡

34、盤松開 WAIT R[26] = 0//等待車床卡盤信號為打開 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[38]//直線運動到車床取料精確點的 X 方向+200 J JR[8]//關節運動到車床過渡點 J JR[7]//關節運動到車床地軌點 R[24] = 12//寄存器 R[24]狀態為車床取料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]清零 CALL "KF.PRG"http://調用子程序“料倉放料” 工業機器人車放程序： VERSION:0 GROUP:[0]

35、>//綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“車床放料” LR[42] = LR[R[10]+3]//定義車床放料精確點 WAIT R[19] = 0//等待車床安全門打開 WAIT R[26] = 0//等待車床卡盤信號打開 J JR[7]//關節運動到車床地軌點 J JR[8]//關節運動到車床過渡點 L LR[42]+LR[38] VEL=200//直線運動到車床放料精確點 X 方向+150 運動速度為 200 L LR[42] VEL=200//直線運動到車床放料精確點，運動速度為 200 WAIT TIME

36、= 1000//等待 1 秒 R[24] = 4//寄存器 R[24]狀態為車床卡盤夾緊 WAIT R[26] = 1//等待車床卡盤信號夾緊 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = OFF DO[3] = ON//機器人夾爪使能關，夾爪松開 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[38]//直線運動到車床放料精確點 X 方向+200 J JR[8]//關節運動到車床過渡點 J JR[7]//關節運動到車床地軌點 R[24] = 11//寄存器 R[24]狀態為車床放料完成 WAIT TIME = 1000/

37、/等待 1 秒 R[24] = 7//寄存器 R[24]狀態為機床啟動 WAIT R[19] = 1//等待車床安全門關閉 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態清零 3.1.3 工業機器人 CNC 取料放料程序編程 車銑復合類零件的加工與智能生產線包含了銑的工序，所以加工中心也是必不可少的 設備為此工業機器人的子程序中應包含加工中心的取料和放料，取料和放料過程中我們需 定義取料和放料的精確點，同時為保證安全運行機器人和加工中心安全門之間要有一定的 配合邏輯關系。詳細的編程思路及注解見下程序。 工業機器人加工中心取料： VERSION:0 GROUP

38、:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“加工中心取料” LR[42] = LR[R[10]+4]//定義加工中心取料精確點 R[24] = 6//寄存器 R[24]狀態為加工中心夾具松開 WAIT R[27] = 0//等待 CNC 卡盤信號打開 WAIT R[20] = 0//等待加工中心安全門打開 J JR[9]//關節運動到加工中心地軌點 J JR[10]//關節運動到加工中心過渡點 1 J JR[11]//關節運動到加工中心過渡點 2 L LR[42]+LR[37]//直線

39、運動到加工中心取料精確點 Y-100 L LR[42] VEL=200//直線運動到加工中心取料精確點，運動速度為 200 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = ON DO[3] = OFF//機器人夾爪使能開（夾住物料） WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[35]//直線運動到加工中心取料精確點 Z 方向+100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 J JR[11]//關節運動到加工中心過渡點 2 J JR[10]//關節運動到加工中心過渡點 1 J JR[9]//關節運動到加工中心地軌點 R[24

40、] = 14//寄存器 R[24]狀態為加工中心取料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態清零 CALL "KF.PRG"http://調用子程序“料倉放料” 工業機器人加工中心放料： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“加工中心放料” LR[42] = LR[R[10]+4]//定義加工中心放料精確點 WAIT R[27] = 0//等待 CNC 卡盤信號打開 WAIT R[2

41、0] = 0//等待加工中心安全門打開 J JR[9]//關節運動到加工中心地軌點 J JR[10]//關節運動到加工中心過渡點 1 J JR[11]//關節運動到加工中心過渡點 2 L LR[42]+LR[35] VEL=200//直線運動到加工中心放料精確點 Z 方向+100 L LR[42] VEL=200//直線運動到加工中心放料精確點 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = OFF DO[3] = ON//機器人夾爪使能關（放開物料） WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[37]//直線運動到放料

42、精確點 Y 方向-100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 5//寄存器 R[24]狀態為加工中心夾具夾緊 WAIT R[27] = 1//等待 CNC 卡盤信號為夾緊 J JR[11]//關節運動到加工中心過渡點 2 J JR[10]//關節運動到加工中心過渡點 1 J JR[9]//關節運動到加工中心地軌點 R[24] = 13//寄存器 R[24]狀態為加工中心放料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 7//機床啟動 WAIT R[20] = 1//等待加工中心安全門關閉 R[24] = 0//寄存器 R[24

43、]狀態清零 3.1.4 工業機器人料倉取料放料程序編程 立體化料倉作為車銑復合類零件加工的智能生產線中物料和工件的儲存倉，我們需要 通過工業機器人從立體化料倉中取出相應倉位的物料或者放加工后的工件，我們如何準確 的取到我們所需的物料，需要通過計算倉位之間的距離以及行偏列偏數來精確的取到我們 所需的物料。詳細編程思路及注解見程序。 工業機器人料倉取料程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“料倉取料” CALL "DRFID.PRG

44、"http://調用子程序“讀 RFID” LR[40] = (LR[11+2*R[28]]-LR[10+2*R[28]])/5//計算列偏距 LR[42] = LR[10+2*R[28]]+LR[40]*R[29]//計算料倉取料精確點 J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[5]//關節運動到料倉過渡點 L LR[42]+LR[34]//直線運動到料倉取料精確點 Y 方向+200、Z 方向+100 L LR[42]+LR[33+R[10]]//直線運動到料倉取料接近點 L LR[42] VEL=100//直線運動到料倉取料精確點 WAIT TIME =

45、1000//等待 1 秒 DO[2] = ON DO[3] = OFF//機器人夾爪使能開（夾取物料） WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[42]+LR[35]//直線運動到取料精確點 Z 方向+100 L LR[42]+LR[34]//直線運動到取料精確點 Z 方向+100，Y 方向+200 J JR[5]//關節運動到料倉過渡點 J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 IF R[13]=1 , CALL "CF.PRG"http://如果設備號響應為 1 則調用子程序“車床放料” IF R[13]=2 , CALL "XF.PRG"http://如果設備號響

46、應為 2 則調用子程序“加工中心放料” 工業機器人料倉放料程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“料倉放料” LR[40] = (LR[11+2*R[28]]-LR[10+2*R[28]])/5//計算列偏數 LR[42] = LR[10+2*R[28]]+LR[40]*R[29]//計算放料精確點 J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[5]//關節運動到料倉過渡點 L LR[42]+LR[34]//

47、直線運動到放料精確點 Y 方向+200，Z 方向+100 L LR[42]+LR[35]//直線運動到放料精確點 Z 方向+100 L LR[42] VEL=100//直線運動到放料精確點，運動速度為 100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[2] = OFF DO[3] = ON//機器人夾爪使能關（放料） R[24] = 15//寄存器 R[24]狀態為料倉放料完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態清零 L LR[42]+LR[33+R[10]]//直線運動到放料接近點 L LR[4

48、2]+LR[34]//直線運動到放料精確點 Y 方向+200，Z 方向+100 J JR[5]//關節運動到料倉過渡點 J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 CALL "XRFID.PRG"http://調用子程序“寫 RFID” 3.1.5 工業機器人 RFID 讀寫程序編程 由于智能智能產線的定義為自執行、自感知、自適應、自決策、自適應為滿足自感知 我們需要用到大量的傳感器，而 RFID 作為射頻識可以通過無線電信號識別特定目標并讀 寫相關數據，無需通過有線連接或接觸式連接傳輸數據，在車銑復合類零件加工的智能生 產線中為了使得料倉各倉位的物料數據準確的顯示在顯示

49、器上我們需要對每個料倉的數 據進行讀取或更改，在工業機器人 RFID 讀寫中難點在于如何精確的算出 30 個倉位點中我 們所需要的倉位 RFID 點位。詳細編程思路及注解見程序。 工業機器人讀 RFID 程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“讀 RFID 程序” LR[40] = (LR[21]-LR[20])/5//計算料倉列偏距 LR[41]=(LR[22]-LR[20])/4//計算料倉行偏距 LR[42]=LR[20]+LR[40]*

50、R[29]+LR[41]*R[28]//計算 RFID 精確點 J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[6]//關節運動到 RFID 過渡點 L LR[42]+LR[33]//直線運動到 RFID 精確點 Y 方向+50 L LR[42] VEL=100//直線運動到 RFID 精確點，運動速度為 100 R[14] = R[11]//將取料位置響應賦值給 RFID 位置 R[24] = 1//寄存器 R[24]狀態為 robot 請求讀 RFID WAIT R[18] = 1//等待 RFID 讀取完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒

51、R[24] = 0//寄存器 R[24]清零 R[14] = 0//RFID 位置清零 L LR[42]+LR[33]//直線運動到 RFID 精確點 Y 方向+50 J JR[6]//關節運動到 RFID 過渡點 J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 工業機器人寫 RFID 程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“寫 RFID 程序” LR[40] = (LR[21]-LR[20])/5//計算料倉

52、列偏距 LR[41] = (LR[22]-LR[20])/4//計算料倉行偏距 LR[42] = LR[20]+LR[40]*R[29]+LR[41]*R[28]//計算寫 RFID 精確點 J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[6]//關節運動到 RFID 過渡點 L LR[42]+LR[33]//直線運動到寫 RFID 精確點 Y 方向+50 L LR[42] VEL=100//直線運動到寫 RFID 精確點，運動速度為 100 R[14] = R[12]//將放料位置響應賦值給 RFID 位置 R[24] = 2//寄存器 R[24]狀態為 robo

53、t 請求寫 RFID WAIT R[18] = 1//等待 RFID 寫完成 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態清零 R[14] = 0//RFID 位置狀態清零 L LR[42]+LR[33]//直線運動到寫 RFID 精確點 Y 方向+50 J JR[6]//關節運動到 RFID 過渡點 J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 3.1.6 工業機器人取爪換爪程序編程 由于料倉設計為三類零件分別為大圓物料、小圓物料、方料，故我們取料放料時夾爪 類型也不相同，當我們機器人快換夾頭上沒有夾爪時我們

54、需要調用取爪程序去取相應的夾 爪，當機器人快換夾頭上夾爪但不是我們需要的夾爪時，我們需要調用換爪程序進行換爪， 保證可以取到應取的物料，這兩個程序中最難的是如何去通過定最少的點來完成相對復雜 的任務，保證寄存器點位數據最少。詳細的編程思路及注解見程序。 工業機器人取爪程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“取爪程序” DO[4] = OFF DO[5] = ON//機器人快換夾頭使能關 J JR[2]//關節運動到快換地軌點

55、J JR[3]//關節運動到快換過渡點 J LR[R[21]]+LR[35] //關節運動到機器人應取手爪位置 Z 方向+100 L LR[R[21]]+LR[31] VEL=200//直線運動到機器人應取手爪位置 Z 方向+20（接近點）， 運動速度為 200 L LR[R[21]] VEL=200//直線運動到機器人應取夾爪精確點，運動速度為 200 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[4] = ON DO[5] = OFF//機器人快換夾頭使能開 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[R[21]]+LR[31] VEL=200//運動

56、到當前夾爪 Z 方向+20，運動速度為 200 L LR[R[21]]+LR[30] VEL=200//運動到當前夾爪 Z 方向+20，X 方向+150 運動速度為 200 R[10] = R[21]//將機器人應取夾爪值賦予機器人當前夾爪 J JR[3]//關節運動到快換過渡點 J JR[2]//關節運動到快換地軌點 DO[2] = OFF DO[3] = ON//機器人夾爪使能關夾爪張開 工業機器人換爪程序： VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量

57、d> //程序“換爪程序” 24 200 100 J JR[2]//關節運動到快換地軌點 J JR[3]//關節運動到快換過渡點 L LR[R[10]]+LR[30]//直線運動到機器人當前夾爪精確點 Z+20,X+150 L LR[R[10]]+LR[31] VEL=200//直線運動到機器人當前夾爪精確點 Z+20，運動速度為 L LR[R[10]] VEL=100//直線運動到當前夾爪精確點，運動速度為 100 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 DO[4]

58、 = OFF DO[5] = ON//機器人快換夾頭使能關 WAIT TIME = 1000//等待 1 秒 L LR[R[10]]+LR[35] VEL=200//直線運動到機器人當前夾爪 Z 方向+100，運動速度為 R[10] = 0//將機器人當前夾爪寄存器清零 CALL "QZ.PRG"http://調用取爪程序 3.1.7 工業機器人料倉盤點程序編程 料倉盤點指對倉庫或工廠存儲的物料進行清點和統計，以確定實際庫存量和質量，為 管理和生產提供準確的數據支持。料倉盤點通常包括手工盤點和電子盤點兩種方式，手工 盤點需要人工逐一清點物料數量和品質，而電子盤點則借助計算

59、機和相關軟件實現自動化 盤點。 VERSION:0 GROUP:[0] //綁定業務層及軸組 //定義坐標變量，聲明變量 //程序“料倉盤點” R[90] = 1//機器人運行狀態為“忙” J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 J JR[6]//關節運動到 RFID 過渡點 LR[40] = (LR[21]-LR[20])/5//計算列偏距 LR[41] = (LR[22]-LR[20])/4//計算行偏距 R[41] = 1//將 1 定位循環的初始位 FOR R[100] = 0

60、 TO 4 //Z 方向循環五次 FOR R[101] = 0 TO 5 //X 方向循環六次 LR[42] = LR[20]+LR[40]*R[101]+LR[41]*R[100]//計算 RFID 精確點 L LR[42]+LR[33]//直線運動到 RFID 精確點 Y 方向+50 L LR[42] VEL=100//直線運動到 RFID 精確點 R[14] = R[41]//將上次循環計算結果賦值給 RFID 位置 R[24] = 2//寄存器 R[24]狀態為 robot 請求寫 RFID WAIT R[18] = 1//等待 RFID 讀寫完成 WAIT TIME = 10

61、00//等待 1 秒 R[24] = 0//寄存器 R[24]狀態清零 R[14] = 0//RFID 位置清零 L LR[42]+LR[33]//直線運動到 RFID 精確點 Y 方向+50 R[41] = R[41]+1//寄存器 R[41]每循環一次加一 END FOR//結束 Z 方向循環 END FOR//結束 X 方向循環 R[41] = 0//寄存器 R[41]狀態清零 R[24] = 9//寄存器 R[24]狀態為 RFID 讀寫完成 J JR[6]//關節運動到 RFID 過渡點 J JR[4]//關節運動到料倉及 RFID 地軌點 R[24] = 0//寄存器

62、 R[24]狀態清零 J JR[0]//關節運動到原點 3.2 PLC 程序設計思路及編程 PLC 作為設備與裝置的控制器在智能產線中的作用是不可或缺的，由于智能產線中有 著大量的傳感器，通過 PLC 對設備與產線進行環境監控、設備的健康狀態和生產過程的各 類參數進行工業大數據的有效采集。在智能產線中 PLC 擔任著中央處理器的作用承擔著對 機器人、料倉、數控車床、數控銑床的控制與數據傳輸。在車銑復合類零件加工的智能產 線 PLC 編程中為保證編程的精確性需要大量的數據交互，故各類交互表以及配置表以附錄 的形式呈現。附錄一切削加工智能制造單元 PLC IO 地址分配信號表、附

63、錄二 PLC 機架和 HMI 硬件配置如圖所示： 圖 3.3 PLC 機架 表 3.2 PLC 和 HMI 硬件配置 模塊類型 插槽號 訂貨號 IO地址 通信模塊 CM1241(RS422/485) 101 6ES7 241-1CH32-0XB0 CPU 模塊 1215C DC/DC/DC 1 6ES7 215-1AG40-0XB0 0~1 數字量模塊 DI 16x24VDC/DQ 16xRelay 2 6ES7 223-1PL32-0XB0 2~3 數字量模塊 DI 16x24VDC/DQ 16xRelay 3 6ES7 2

64、23-1PL32-0XB0 4~5 數字量模塊 DI 16x24VDC 4 6ES7 221-1BH32-0XB0 8~9 數字量模塊 DI 16x24VDC 5 6ES7 221-1BH32-0XB0 10~11 TP700 精智面板 6AV2 124-0JC01-0AX0 3.2.1 PLC 與各設備之間的通信協議 （1）PLC 與 MES 以及工業機器人通訊 PLC 與 MES 以及工業機器人通訊采用 Modbus TCP 通訊 Modbus TCP 通信是基于以太 網傳輸的 Modbus 協議的一種實現方式。在 Modbus TCP 通信中，Modb

65、us 協議被封裝在 TCP/IP 數據包中進行傳輸。 Modbus TCP 通信使用標準的 TCP/IP 協議和端口號，可以通過局域網或互聯網進行通 訊。相對于串行通信，Modbus TCP 通信具有更快的速度和更穩定的性能，因為它使用了 高速網絡傳輸，并且不會受到串口波特率等硬件限制的影響。 在 Modbus TCP 通信中，設備通過 IP 地址和端口號進行通信。Modbus TCP 通信協議 定義了一組應用層協議數據單元（ADU），這些數據單元被用來完成數據讀寫、控制操作 等任務。與 Modbus RTU 等 Modbus 協議的其他實現方式相比，Modbus TCP 通信支持更多 的

66、數據類型和地址范圍，如浮點數、字符串、64 位整數等。 總的來說，Modbus TCP 通信具有可靠、快速、靈活等優勢，適用于工業自動化領域 中較大規模的設備管理和控制系統。故用于 MES 以及工業機器人與 PLC 進行通訊。 （2）PLC 與 RFID 通訊 RFID 通訊主要采用的通信協議是 Modbus RTU，Modbus RTU 通信是基于串行通信的 Modbus 協議的一種實現方式。在 Modbus RTU 通信中，Modbus 協議被封裝在串行數據包 中進行傳輸。 Modbus RTU 通信采用 RS-485 總線作為物理層，可以通過串口連接至設備。相對于 Modbus TCP 通信，Modbus RTU 通信的速度較慢，但它具有更廣泛的應用，因為它支持長 距離通信，并且不需要高速網絡傳輸。 在 Modbus RTU 通信中，設備通過地址和端口號進行通信。Modbus RTU 通信協議定 義了一組應用層協議數據單元（ADU），這些數據單元被用來完成數據讀寫、控制操作等 任務。與 Modbus TCP 等 Modbus 協議的其他實現方式相比，Modb