口红生产线改造项目中ABB机器人与西门子PLC之间的通信系统设计

陈星达 薛蓉蓉 扬州工业职业技术学院

智能制造是信息化与工业化深度融合的表现，他是全球制造业变革的重要方向。目前各个国家都发布了相关的支持政策。例如，美国的“再工业化”计划、德国的“工业4.0”计划、日本的“新机器人战略”计划等。

在国家政策推动，制造业技术转型升级等背景下，中国智能制造产业发展迅速，已逐渐成为制造业的主要驱动力之一。江苏省为了加快推动互联网、大数据、人工智能和实体经济的深度融合，推进工业经济高质量发展。目标到2020 年，全省建成1000 家智能车间，创建50 家左右省级智能制造示范工厂，试点创建10 家左右省级智能制造示范区。

本次项目针对厂方口红生产线的生产速度过慢、口红质量较低等问题进行了改造。口红生产由七大重要工序组成：按单领料、加热灌装、模具冷却、铲模开模、拔模入库、擦模盒盖、退料作业。原始生产线中每道工序都需要人工参与，这种缺乏现代科技智能的生产线拥有很多弊端：耗时长、花费大等，其中急需改进的问题是无法实现无菌生产。

从发展角度看，把铲模开模、拔模入库、擦模盒盖三道工序整合为一道口红包装生产线。改造过程中，这一道生产线是依靠ABB 机器人和西门子PLC 之间相互合作来完成的，这意味着两套设备之间的信号沟通必须及时可靠。本次设计便是对机器人与PLC 之间的通信系统进行设计改良，使两者能够更好的进行数据传输，同时实现PC 对机器人和PLC的远程监控，最终达到安全生产的目的。

1 系统总体结构

在本次口红包装生产线改造中，生产线的硬件主要由计算机、西门子PLC-1200、ABB 机器人IRB-120、各类传感器、其他执行器等组成。

PLC 模块和ABB 机器人是整个包装生产线的核心，他们往往是独立且共存的，两者采用不同的管理系统，但都配有可实现信号传输的通信模块来实现相互交流。当传感器检测物件的位置等信息后，传送给PLC，机器人内在通信模块和PLC 通信模块通过信号线短接进行同步通信。在实际工作中，PLC 将得到的信号后发送给机器人，机器人根据给定逻辑，向PLC 发送指令，实现PLC 程序的启停等操作，最终实现ABB 机器人IRB-120 和西门子PLC-1200 信号传输，从而完成口红无菌包装生产线的改造。

口红包装系统总体结构见图1。

图1 口红包装系统总体结构

2 生产线控制系统硬件设计

本次改造对生产线中PLC 对8 个数字输入点和5 个数字输出点进行了监管和控制，从而了解生产线中各物件和各执行器的到位情况，并命令执行器动作。8 个输入分别为：放料位检知、取料位检知、翻转工装原点检知、翻转工装动点检知、翻转夹爪原点检知、翻转夹爪动点检知、翻转工装上位检知、翻转工装下位检知；5 个数字输出分别为：翻转工装左翻动作、翻转工装右翻动作、翻转夹爪动作、翻转工装上位动作、翻转工装下位动作。之后，再在PLC 中添加一个映射FC 模块将监控信号传递给机器人进行条件判断。

机器人将远程I/O 模块FR8030 板卡内FR1108-1 中的8 个输出信号整编成为一个组信号来进行与PLC 的通信。

生产线控制系统硬件结构见图2。

图2 生产线控制系统硬件结构图

2.1 机器人模块硬件设计

大型工业机器人不适合应用于精细的口红包装生产线，所以改造过程中采用了ABB 机器人中最小且速度最快的六轴机器人IRB-120，IRB-120 可以很好的节约空间，且可以在合适空间以任何角度安装在工作站内部。IRB-120 采用IRC5 控制器有先进的QuickMove 和TrueMove 运动控制软件，给予IRB120 机器人一流的控制性能，有利于进一步提高生产效率，更加符合生产需求。

2.2 PLC 模块硬件设计

口红包装生产线需要PLC 可以简单、精确的实现自动化任务，通过研究不同品牌、不同型号的PLC，最终采用西门子SIMATIC 系列S7-1200PLC。SIMATIC S7-1200PLC 控制器能够精确的监控生产单元各传感器的实时状态，且能与ABB 机器人实现良好的通讯。S7-1200PLC 的通信模块RS485 和RS232 为点到点的串行通讯提供硬件连接，能可靠有效的满足机器人与PLC 的通信需求，并实行监控。

3 生产线控制系统软件设计

根据生产线设计的完整要求，按照功能对控制系统进行分组，划分成不同的模块。传感器信号监控、ABB 机器人状态监测及PLC 与机器人之间的通信检测是口红包装生产线的3 个重要的信息获取途径。传感器信号监控主要是采集翻转工装、放料位等状态信号；ABB 机器人状态监测主要是PLC 对机器人传递的信号进行状态判断，从而向工作单元发送动作执行指令；PLC 与机器人之间的通信检测主要是把PLC 监测到的信号传送给机器人，从而机器人可以判断是否该进行拾取或放下物件等动作。

软件总体结构见图3。

图3 生产线控制系统软件结构图

4 总结

本文根据口红包装生产线的实际情况，将PLC 技术、ABB 机器人技术、计算机技术等有效的融合起来，对生产线所需要的各个信号进行获取、传递、分析、判断等工作，以达到自动化生产的目的。PLC 获取传感器信号、并将信号与机器人互传，机器人对信号进行判断分析后将新的信号传回PLC，两者共同控制工作单元各部件的启停，从而较好的实现口红包装生产线的无菌化改造。（指导教师：高杨）